Brevet FR3037643A1 — publié le 20161223

Echangeur de chaleur et procédé de fabrication associé. L'invention concerne un échangeur de chaleur, en particulier pour véhicule 5 automobile, et son procédé de fabrication. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur du type comprenant une multiplicité de tubes entre lesquels sont insérés des intercalaires. Les tubes sont généralement des tubes de section ovale ou oblongue, définie par un grand axe et un 10 petit axe, et ayant des extrémités introduites dans des trous d'une plaque collectrice. Pour assurer une bonne étanchéité et faciliter la fabrication, les tubes, les intercalaires ainsi que la plaque collectrice sont généralement réalisés en matériau métallique et fixés entre eux lors d'une étape unique de brasage. 15 Cependant, lors de l'utilisation de l'échangeur thermique, la liaison entre les tubes et la plaque collectrice est rigide et ne peut pas compenser les phénomènes de dilatation et de rétractation liés au variation de températures. Au fil du temps ces liaisons s'affaiblissent et des ruptures ou fuites peuvent apparaître. 20 Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un échangeur de chaleur amélioré et son procédé de fabrication. La présente invention concerne donc un échangeur de chaleur comprenant : 25 o un faisceau de tubes comportant une multiplicité de tubes disposés parallèlement les uns aux autres et des intercalaires disposés entre lesdits tubes, o une plaque collectrice comprenant des trous respectivement bordés de premiers collets dans lesquelles sont introduits des extrémités des tubes , 3037643 2 le faisceau de tubes étant brasé et la plaque collectrice comportant au moins un joint d'étanchéité compressible formant des deuxièmes collets, les deuxièmes collets étant comprimés entre les premiers collets et les extrémités des tubes pour assurer l'étanchéité entre lesdites extrémités des tubes et les premiers collets correspondants. L'utilisation d'un joint d'étanchéité compressible ou d'une multitude de joints d'étanchéité compressibles pour réaliser la liaison entre le faisceau et la plaque collectrice, permet une certaine souplesse qui peut absorber les dilatations et rétractions liées aux variations de température. La liaison entre le faisceau et la plaque collectrice est donc plus résistante à ces variations de température. Il y a un effet synergique entre la souplesse de la liaison entre le faisceau et la plaque plaque collectrice, avec le fait que le faisceau soit brasé. De ce fait, l'échangeur thermique bénéficie de performances thermiques optimales, liée au faisceau brasé, et d'une meilleure résistance aux variation thermique, liée à la liaison entre le faisceau et la plaque plaque collectrice. De plus, du fait que la plaque collectrice n'est pas brasées, ladite plaque collectrice peut être d'une épaisseur plus faible et il est moins nécessaire de renforcer le collecteur. Selon un aspect de l'invention, au moins l'extrémité de chaque tube a une section oblongue. Selon un autre aspect de l'invention, les extrémités des tubes comportent un premier évasement et une zone d'appui comprimant le joint d'étanchéité compressible. Selon un autre aspect de l'invention, les extrémités des tubes comportent au moins un deuxième évasement surmontant le joint d'étanchéité compressible. Selon un autre aspect de l'invention, le deuxième évasement est réalisé sur une portion limitée des extrémités des tubes. 3037643 3 Selon un autre aspect de l'invention, le taux de compression desdits deuxièmes collets est compris entre 10% et 50% et préférentiellement entre 25% et 35%. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un échangeur de 5 chaleur comme décrit précédemment et comprenant les étapes suivantes: a) assemblage d'un faisceau de tubes comportant une multiplicité de tubes disposés parallèlement les uns aux autres et des intercalaires disposés entre lesdits tubes, b) brasage des tubes avec les intercalaires, 10 c) assemblage d'une plaque collectrice munie de trous bordés de premiers collets de section correspondant aux extrémités des tubes et équipée d'un joint d'étanchéité compressible formant des deuxièmes collets propres à être engagés respectivement au travers des trous, d) insertion des extrémités des tubes dans les trous de la plaque collectrice de 15 sorte à comprimer les deuxièmes collets du joint d'étanchéité compressible. Selon un aspect du procédé selon l'invention, l'étape d) d'insertion des extrémités des tubes dans les trous de la plaque collectrice de sorte à comprimer les deuxièmes collets comprend une première sous-étape d'insertion des extrémités des 20 tubes dans les trous de la plaque collectrice et une deuxième sous-étape de réalisation d'un premier évasement et d'une zone d'appuis au niveau des extrémités des tubes. Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, l'étape d) d'insertion des extrémités des tubes dans les trous de la plaque collectrice de sorte à comprimer les 25 deuxièmes collets est une étape d'insertion en force des extrémités des tubes dans les trous de la plaque collectrice, au moins lesdites extrémités ayant une taille supérieure à la taille des ouvertures des deuxièmes collets. 3037643 4 Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, le procédé comporte une étape supplémentaire de réalisation d'au moins un deuxième évasement des extrémités des tubes surmontant le joint d'étanchéité compressible. 5 Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, le deuxième évasement est réalisé sur une portion limitée des extrémités des tubes. 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 non 10 limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 montre une représentation schématique en perspective d'un échangeur de chaleur, la figure 2 montre une représentation schématique en perspective et en coupe d'un échangeur de chaleur, 15 la figure 3 montre une représentation schématique en coupe et éclatée d'une plaque collectrice, la figure 3' montre une représentation schématique en coupe de la plaque collectrice de la figure 3, la figure 4 montre une représentation schématique de la plaque collectrice de 20 la figure 3 selon le plan de coup XX, la figure 5 montre une représentation schématique en coupe d'un échangeur de chaleur selon un premier mode de réalisation, les figures 6 à 8 montrent une représentation schématique en coupe d'un échangeur de chaleur selon un deuxième mode de réalisation au cour de 25 différentes étapes de fabrication. Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références. 3037643 5 Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents 5 modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations. Dans la présente description on peut indexer certains éléments ou paramètres, comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre 10 et second paramètre ou encore premier critère et deuxième critère etc. Dans ce cas, il s'agit d'un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments ou paramètres ou critères proches mais non identiques. Cette indexation n'implique pas une priorité d'un élément, paramètre ou critère par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. 15 Cette indexation n'implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tel ou tels critères. L'échangeur de chaleur 1 représenté aux figures 1 et 2, comprend un faisceau 2 formé d'une multiplicité de tubes 20 à l'intérieur desquels peut circuler un premier fluide 20 caloporteur. Les tubes 20 sont disposés parallèlement entre eux et superposés. Entre les tubes 20, sont disposées des intercalaires 21 qui agissent comme perturbateur et augmentent la surface d'échange thermique avec un second fluide caloporteur passant entre lesdits tubes 20. Les tubes 20 et les intercalaires 21 sont réalisés dans des matériaux métalliques et sont brasés entre eux afin de former le faisceau 2. Le fait 25 d'avoir un faisceau 2 brasé permet d'améliorer les performances thermiques, c'est à dire les échanges thermiques entre les deux fluides caloporteurs, par rapport à un faisceau assemblé mécaniquement. Comme le montrent les figures 1 et 2, les tubes 20 ont de préférence une forme oblongue et relativement plate. De plus les tubes 20 peuvent 3037643 6 présenter en leur sein une entretoise 26 entre leurs parois internes. Cette entretoise 26 permet une bonne rigidité desdits tubes 20. L'échangeur de chaleur 1 comporte également deux collecteurs ou boites à eau 5 disposés à chaque extrémités 22 des tubes 20. Ces collecteurs comportent une plaque collectrice 4 et un couvercle (non représenté) venant recouvrir ladite plaque collectrice 4 et refermer le collecteur. Ces collecteurs permettent la collecte et/ou la distribution du premier fluide caloporteur afin qu'il circule dans les tubes 20. 10 Comme le montrent plus en détail la figure 3', la plaque collectrice 4 fait la liaison de façon étanche entre le collecteur et le faisceau 2 brasé. Ladite plaque collectrice 4 comprend une âme 40, pouvant être de forme générale rectangulaire, délimitant une multiplicité de trous 43, de section correspondante à la forme de la section des tubes 20 et propres à recevoir les extrémités 22 des tubes. Chaque trou 43 15 est bordé par un premier collet 44 dirigé vers l'intérieur du faisceau 2. Les trous 43 sont de taille similaire aux ouvertures des premiers collets 44. Les premiers collets 44 peuvent avantageusement venir de matière avec la plaque collectrice 4 et être par exemple formés en même temps que les trous 43 par emboutissage. 20 Comme les trous 43 et les premiers collets 44 ont une forme correspondante à celle de la section des tubes 20, ou du moins de leurs extrémités 22, et que cette forme est généralement oblongue, il est possible de caractériser lesdits trous 43 et premiers collets 44 selon deux axes de longueurs différentes. La longueur Ll correspond à la longueur la plus grande et peut correspondre à la largeur du trou 43 comme illustré aux 25 figures 3, 3' et 5 à 8. La longueur 11 correspond quant à elle à la longueur la plus petite et peut correspondre à l'épaisseur du trou 43 comme illustré sur la figure 4. Pour permettre l'insertion des extrémités 22 des tubes 20 au sein des premiers collets 44 les longueurs Ll et 11 du trou 43 sont supérieures à celles des extrémités 22 des tubes 20. 3037643 7 On parle ici de largeur et d'épaisseur des trous 43 en écho avec la largeur et l'épaisseur des tubes 20 qui sont destinés à être introduits dans lesdits trous 43. L'âme 40 se prolonge par une gorge périphérique 42 se terminant par un rebord 5 périphérique 46 formant des pattes rabattables. La gorge périphérique 42 est destinée à recevoir les rebords du couvercle et rebord périphérique 46 peut être rabattu pour fixer ledit couvercle sur la plaque collectrice 4. La plaque collectrice 4 reçoit au moins un joint d'étanchéité compressible 41 pour permettre notamment l'étanchéité au niveau des trous 43. 10 Selon un premier mode de réalisation, illustré sur les figures 1 et 2, la plaque collectrice 4 peut ne comporter qu'un seul joint d'étanchéité compressible 41. Ce joint d'étanchéité compressible 41 comporte une âme venant s'appliquer sur l'âme 40 de la plaque collectrice 4. Cette âme du joint d'étanchéité compressible 41 est reliée a une 15 multiplicité de deuxièmes collets 45 qui s'introduisent chacun dans un trou 43. A l'assemblage du faisceau 2 avec la plaque collectrice 4, les deuxièmes collets 45 sont comprimés entre les premiers collets 43 et les extrémités 22 pour assurer l'étanchéité entre lesdites extrémités 22 des tubes 20 et les premiers collets 43 correspondants. Le taux de compression des collets 45 est de 30%. Selon des variantes de l'invention, le 20 taux est compris entre 10% et 50% et préférentiellement entre 25% et 35%. Par ailleurs, l'âme du joint d'étanchéité compressible 41 peut former à sa périphérie un bourrelet 47 disposé dans la gorge périphérique 42 et propre à assurer l'étanchéité avec le couvercle lorsque le rebord périphérique 46 est rabattu. 25 Selon un second mode de réalisation non représenté, la plaque collectrice 4 peut comporter une multitude de joints d'étanchéité compressibles 41 qui forment des collets 45 qui s'introduisent chacun dans un trou 43 pour assurer l'étanchéité entre l'extrémité 22 d'un tube 20 et le premier collet 43 correspondant. Dans ce mode de réalisation 3037643 8 l'étanchéité avec le couvercle peut être réalisée par un joint d'étanchéité compressible indépendant et placé dans la gorge périphérique 42. L'utilisation d'un joint d'étanchéité compressible 41 ou d'une multitude de joints 5 d'étanchéité compressibles 41 pour réaliser la liaison entre le faisceau 2 et la plaque collectrice 4, permet une certaine souplesse qui peut absorber les dilatations et rétractions liées aux variations de température. La liaison entre le faisceau 2 et la plaque collectrice 4 est donc plus résistante à ces variations de température. Il y a un effet synergique entre la souplesse de la liaison entre le faisceau 2 et la plaque collectrice 4, 10 avec le fait que le faisceau 2 soit brasé. De ce fait, l'échangeur thermique 1 bénéficie de performances thermiques optimales, liée au faisceau 2 brasé, et d'une meilleure résistance aux variations thermiques, liée à la liaison entre le faisceau 2 et la plaque collectrice 4. De plus, du fait que la plaque collectrice 4 n'est pas brasée, ladite plaque collectrice 4 peut être d'une épaisseur plus faible et il est moins nécessaire de renforcer 15 le collecteur. Les deuxièmes collets 45 ont également une forme correspondante à celle de la section des tubes 20, ou du moins de leurs extrémités 22. Il est donc également possible de caractériser lesdits deuxièmes collets 45 selon deux axes de longueurs différentes. La 20 longueur L2 correspond à la largeur de l'ouverture du deuxième collet 45 lorsque le joint d'étanchéité compressible 41 n'est pas comprimé, comme cela est représenté aux figures 3, 3', 4 et 6. La longueur 12 correspond à l'épaisseur de l'ouverture du deuxième collet 45 lorsque le joint d'étanchéité compressible 41 n'est pas comprimé, comme cela est représenté à la figure 4. A l'état comprimé, l'ouverture du deuxième collet 45 à au 25 moins une de ces longueurs (largeur et/ou épaisseur) qui augmente, par exemple comme cela est montré aux figures 5, 7 et 8 où la largeur de l'ouverture du joint d'étanchéité compressible 45 est plus importante et correspond à une longueur L2'. De même que précédemment, on parle ici de largeur et d'épaisseur des ouvertures des deuxièmes 3037643 9 collets 45 en écho avec la largeur et l'épaisseur des tubes 20 qui sont destinés à être introduits dans lesdites ouvertures des deuxièmes collets 45. Les extrémités 22 des tubes 20 ont une taille supérieure à celle des ouvertures 5 des deuxièmes collets 45 mais inférieure à celle des trous 43 afin de comprimer le joint d'étanchéité compressible 41 au niveau des deuxièmes collets 45. Par taille supérieure ou inférieure, on entend qu'au moins la largeur et/ou l'épaisseur diffèrent entre les tubes 20 et les trous 43 ou les ouvertures des deuxièmes collets 45. Comme cela est représenté sur la figure 5, le corps d'un tube 20 et son extrémité 10 22 peuvent avoir une largeur et une épaisseur identiques, c'est-à-dire que la taille (largeur et épaisseur) du tube 20 est constante au sein du faisceau 2. Le joint d'étanchéité compressible 41 est comprimé car la largeur et l'épaisseur du tube 20 dans son ensemble est supérieure à celle des ouvertures des deuxièmes collets 45 et inférieure à celle des trous 43. 15 A contrario et comme cela est représenté sur les figures 7 et 8, le corps d'un tube 20 et son extrémité 22 peuvent avoir une largeur et/ou une épaisseur qui diffère. L'extrémité 22 peut présenter un évasement d'étanchéité 23 que l'on nommera dans la suite premier évasement 23 du côté intérieur du faisceau 2 et qui augmente la largeur et/ou l'épaisseur de ladite extrémité 22. L'extrémité 22 comporte également une zone 20 d'appui 24 qui est plus large et/ou épaisse que le reste du corps du tube 20 du fait du premier évasement 23 et qui comprime le joint d'étanchéité compressible 41. Les extrémités 22 des tubes 20 peuvent également comporter au moins un deuxième évasement 25 - qui est un évasement de retenue permettant un verrouillage 25 mécanique - du côté extérieur du faisceau 2 et qui surmonte le joint d'étanchéité compressible 41 comme cela est illustré aux figures 1, 2 et 8. Ce deuxième évasement 25 peut notamment être réalisé sur une portion limitée des extrémités 22 des tubes 20. Ce deuxième évasement 25 permet notamment le blocage et le maintien en place de la plaque collectrice 4 sur le faisceau 2. Dans l'exemple présenté aux figures 1 et 2, les 3037643 10 extrémités 22 des tubes 20 comportent chacune deux deuxièmes évasements 25 réalisés sur une portion limitée. Les premier 23 et deuxième 25 évasements des extrémités 22 sont situés de part et d'autre de la plaque collectrice 4. 5 La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur 1 comme décrit précédemment et comprenant les étapes suivantes: a) assemblage d'un faisceau 2 de tubes comportant une multiplicité de tubes 20 disposés parallèlement les uns des autres et des intercalaires 21 disposées 10 entre lesdits tubes 20, b) brasage des tubes 20 avec les intercalaires 21, c) assemblage d'une plaque collectrice 4 munie de trous 43 formant des premiers collets 44 de section correspondant aux extrémités 22 des tubes 20 et équipée d'un joint d'étanchéité compressible 41 formant des deuxièmes 15 collets 45 propres à être engagés respectivement au travers des trous 43, d) insertion des extrémités 22 des tubes 20 dans les trous 43 de la plaque collectrice 4 de sorte à comprimer les deuxièmes collets 45 du joint d'étanchéité compressible 41. 20 Selon un mode de réalisation, et notamment lorsque la taille de l'extrémité 22 des tubes 20 est inférieure ou égale à la taille de l'ouverture du deuxième collet 45, cette dernière étape d) peut comprendre une première sous-étape d'insertion des extrémités 22 des tubes 20 dans les trous 43 de la plaque collectrice 4 et une deuxième sous-étape de réalisation d'un premier évasement 23 et de la zone d'appui 24 au niveau des extrémités 25 22 des tubes 20. Cette première sous-étape est illustrée à la figure 6 et l'insertion est ainsi facile à réaliser car l'extrémité 22 du tube 20 a une taille inférieure ou égale à l'ouverture du deuxième collet 45 et la compression du joint d'étanchéité compressible 41 est réalisée par la formation du premier évasement 23 et de la zone d'appui 24, comme illustré aux figures 7 et 8. Ce premier évasement 23 et la zone d'appui 24 3037643 11 peuvent par exemple être réalisés à l'aide d'un poinçon de forme correspondante à celle des extrémités 22 tubes 20. Selon un autre mode de réalisation, l'étape d) d'insertion des extrémités 22 des 5 tubes 20 dans les trous 43 de la plaque collectrice 4 de sorte à comprimer les deuxièmes collets 45 du joint d'étanchéité compressible 41 peut être une étape d'insertion en force des extrémités 22 des tubes 20 dans les trous 43 de la plaque collectrice 4. Pour que le joint d'étanchéité compressible 41 soit comprimé, au moins les extrémités 22 des tubes 20 ont une taille supérieure à celle des ouvertures des deuxièmes collets 45, que cela 10 soit par une taille supérieure en général de l'ensemble du tube 20, comme illustré à la figure 6, ou alors par le fait d'un premier évasement 23 et d'une zone d'appui 24, comme illustré aux figures 7 et 8, réalisé au préalable sur les extrémités 22 des tubes 20. Le procédé de fabrication peut également comporter une étape supplémentaire 15 de réalisation d'au moins un deuxième évasement 25 surmontant le joint d'étanchéité compressible 41 comme illustré aux figures 1, 2 et 8. Ce deuxième évasement 25 peut être réalisé sur une portion limitée des extrémités 22 des tubes 20. Ainsi, on voit bien que l'échangeur thermique 1 selon l'invention, bénéficie de 20 performances thermiques optimales, liée au faisceau 2 brasé, et d'une meilleure résistance aux variations thermiques, liée à la liaison mécanique entre le faisceau 2 et la plaque collectrice 4. REVENDICATIONS1. Echangeur de chaleur (1) comprenant : o un faisceau (2) de tubes comportant une multiplicité de tubes (20) disposés parallèlement les uns aux autres et des intercalaires (21) disposés entre lesdits tubes (20), o une plaque collectrice (4) comprenant des trous (43) respectivement bordés de premiers collets (44) dans lesquelles sont introduits des extrémités (22) des tubes (20), caractérisé en ce que le faisceau (2) de tubes est brasé et que la plaque collectrice (4) comporte au moins un joint d'étanchéité compressible (41) formant des deuxièmes collets (45), les deuxièmes collets (45) étant comprimés entre les premiers collets (43) et les extrémités (22) des tubes (20) pour assurer l'étanchéité entre lesdites extrémités (22) des tubes (20) et les premiers collets (43) correspondants. 2. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'extrémité (22) de chaque tube (20) a une section oblongue. 3. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités (22) des tubes (20) comportent un premier évasement (23) et une zone d'appui (24) comprimant le joint d'étanchéité compressible (41). 4. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités (22) des tubes (20) comportent au moins un deuxième évasement (25) surmontant le joint d'étanchéité compressible (41). 3037643 13 5. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le deuxième évasement (25) est réalisé sur une portion limitée des extrémités (22) des tubes (20). 5 6. Echangeur de chaleur (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le taux de compression desdits deuxièmes collets est compris entre 10% et 50% et préférentiellement entre 25% et 35%. 7. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur (1) selon l'une des 10 revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: a) assemblage d'un faisceau (2) de tubes comportant une multiplicité de tubes (20) disposés parallèlement les uns aux autres et des intercalaires (21) disposés entre lesdits tubes (20), b) brasage des tubes (20) avec les intercalaires (21), 15 c) assemblage d'une plaque collectrice (4) munie de trous (43) bordés de premiers collets (44) de section correspondant aux extrémités (22) des tubes (20) et équipée d'un joint d'étanchéité compressible (41) formant des deuxièmes collets (45) propres à être engagés respectivement au travers des trous (43), 20 d) insertion des extrémités (22) des tubes (20) dans les trous (43) de la plaque collectrice (4) de sorte à comprimer les deuxièmes collets (45) du joint d'étanchéité compressible (41). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape d) d'insertion des 25 extrémités (22) des tubes (20) dans les trous (43) de la plaque collectrice (4) de sorte à comprimer les deuxièmes collets (45) comprend une première sous-étape d'insertion des extrémités (22) des tubes (20) dans les trous (43) de la plaque collectrice (4) et une deuxième sous-étape de réalisation d'un premier évasement (23) et d'une zone d'appuis (24) au niveau des extrémités (22) des tubes (20). 3037643 14 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape d) d'insertion des extrémités (22) des tubes (20) dans les trous (43) de la plaque collectrice (4) de sorte à comprimer les deuxièmes collets (45) est une étape d'insertion en force 5 des extrémités (22) des tubes (20) dans les trous (43) de la plaque collectrice (4), au moins lesdites extrémités (22) ayant une taille supérieure à la taille des ouvertures des deuxièmes collets (45). 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une 10 étape supplémentaire de réalisation d'au moins un deuxième évasement (25) des extrémités (22) des tubes (20) surmontant le joint d'étanchéité compressible (41). 11. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le deuxième évasement (25) est réalisé sur une portion limitée des extrémités (22) des tubes 15 (20).