Brevet FR3053450A1 — publié le 20180105

Échangeur de chaleur mécanique et procédé de fabrication associé L'invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur et plus précisément 5 les échangeurs de chaleur mécaniques ainsi que leur procédé de fabrication. Les échangeurs de chaleurs mécaniques comportent généralement des tubes parallèles les uns avec les autres, formant un faisceau de tubes, et qui sont introduits dans des ailettes perforées. Les tubes sont par exemple élargis par déformation 10 mécanique afin d'être maintenus dans les perforations des ailettes. Cette déformation mécanique est par exemple réalisée par l'insertion dans le tube d'une olive d'un diamètre supérieur à celui de l'orifice dudit tube afin de l'élargir. Les extrémités du faisceau de tubes sont reliées à des collecteurs formés 15 notamment d'une plaque collectrice munie de trous dans lesquels débouchent les extrémités des tubes. La plaque collectrice est recouverte d'une boîte à eau de sorte à former le collecteur. Les collecteurs permettent la distribution ou la récupération d'un premier fluide caloporteur qui passe à l'intérieur des tubes. Un deuxième fluide caloporteur passe quant à lui entre les ailettes. 20 Par échangeur de chaleur mécanique on entend que les différents éléments formant l'échangeur sont fixés mécaniquement entre eux, par exemple par sertissage. Cependant, pour ces échangeurs de chaleur mécaniques, le contact entre les 25 tubes et les ailettes peut ne pas être continu mais ponctuel. Cela diminue la conductivité thermique entre les tubes et les ailettes et donc diminue les performances de l'échangeur de chaleur. 3053450 2 Un des buts de la présente invention est donc de proposer un échangeur de chaleur mécanique amélioré et dont les performances sont augmentées. La présente invention concerne donc un échangeur de chaleur mécanique 5 comportant : - des tubes parallèles les uns avec les autres et disposés en rang et dans lesquels un premier fluide caloporteur est apte à circuler, et - une pluralité d'ailettes superposées au travers desquelles un deuxième fluide caloporteur est apte à circuler, lesdites ailettes comportant des orifices par 10 lesquels passent les tubes, - au moins deux plaques collectrices comprenant respectivement des trous dans lesquels sont introduites les extrémités des tubes, une plaque collectrice étant disposée à chaque extrémité des tubes, la superposition d'ailettes étant dans un état de déformation élastique, ladite 15 superposition d'ailettes étant maintenue dans une forme instable par les plaques collectrices et les tubes de sorte que si lesdites plaques collectrices sont retirées, la superposition d'ailettes retrouve une forme stable. Le fait que la superposition d'ailettes soit maintenue dans sa forme instable applique des contraintes mécaniques au niveau de l'interface entre les ailettes et les 20 tubes. Ces contraintes augmentent la pression de contact entre les ailettes et les tubes ce qui permet une amélioration de la conductivité thermique entre ces éléments et ainsi augmente les performances de l'échangeur de chaleur mécanique. Selon un aspect de l'invention, la superposition d'ailettes est, dans sa forme 25 stable, cintrée dans le plan de circulation du flux du deuxième fluide caloporteur. 3053450 3 Selon un autre aspect de l'invention, les trous des plaques collectrices sont alignés de sorte que les tubes forment un rang rectiligne et que les ailettes soient rectilignes. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur mécanique, comportant : - des tubes parallèles les uns avec les autres et disposés en rang et dans lesquels un premier fluide caloporteur est apte à circuler, et - une pluralité d'ailettes superposées au travers desquelles un deuxième fluide caloporteur est apte à circuler, lesdites ailettes comportant des orifices par lesquels passent les tubes, - au moins deux plaques collectrices comprenant respectivement des trous dans lesquels sont introduites les extrémités des tubes, une plaque collectrice étant disposée à chaque extrémité des tubes, ledit procédé comportant les étapes suivantes : - assemblage des tubes et des ailettes avec fixation desdites ailettes sur lesdits tubes, - déformation élastique de la superposition d'ailettes, - mise en place des plaques collectrices aux extrémités des tubes. Selon un aspect du procédé selon l'invention, suite à la déformation élastique de la superposition d'ailettes, les extrémités des tubes sont disposées de sorte à être placées en regard des trous des plaques collectrices. Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, ledit procédé de fabrication comporte, entre l'étape d'assemblage des tubes et des ailettes et l'étape de déformation élastique, une étape intermédiaire de déformation plastique de la superposition d'ailettes. 3053450 4 Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, l'étape intermédiaire de déformation plastique de la superposition d'ailettes est un cintrage dans le plan de circulation du flux du deuxième fluide caloporteur. 5 Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, la superposition d'ailettes a un profil rectiligne avant l'étape intermédiaire de déformation plastique et que ladite superposition d'ailettes a un profil également rectiligne après l'étape de déformation élastique. 10 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 limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 montre une représentation schématique d'un échangeur de chaleur 15 mécanique en vue de face, la figure 2 montre une représentation schématique de l'échangeur de chaleur mécanique de la figure 1 en vue de dessus, les figures 3a à 3c montrent des représentations schématiques en coupe en vue de dessus d'un échangeur de chaleur mécanique lors de différentes étapes 20 de son procédé de fabrication. Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à 25 un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, et/ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de 3053450 5 différents modes de réalisation peuvent également être combinées pour fournir d'autres réalisations. Dans la présente description on peut indexer certains éléments ou paramètres, 5 comme par exemple premier élément ou deuxième élément ainsi que premier paramètre 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 10 interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n'implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tels ou tels critères. La figure 1 montre un échangeur de chaleur 1 mécanique. Par échangeur de 15 chaleur 1 mécanique on entend que les différents éléments formant l'échangeur sont fixés mécaniquement entre eux, par exemple par sertissage. Ledit échangeur de chaleur 1 mécanique, comporte : - des tubes 3 parallèles les uns avec les autres et disposés en rang et dans lesquels un premier fluide caloporteur est apte à circuler, et 20 - une pluralité d'ailettes 4 superposées au travers desquelles un deuxième fluide caloporteur est apte à circuler. Ces ailettes 4 évoluent parallèlement les unes par rapport aux autres et sont superposées. Les ailettes 4 sont disposées perpendiculaires au plan du rang de tubes 3 et 25 comportent des orifices 40 (visibles sur les figures 3a à 3c) par lesquels passent les tubes 3. 3053450 6 De préférence, les ailettes 4 et les tubes 3 sont réalisés en matériau métallique, par exemple en aluminium, afin d'avoir une bonne conductivité thermique et ne pas pénaliser les échanges de chaleur entre le premier et le deuxième fluide caloporteur. 5 L'échangeur de chaleur 1 mécanique comporte également au moins deux plaques collectrices 5 comprenant respectivement des trous 50 (visibles sur la figure 2) dans lesquels sont introduites les extrémités des tubes 3. Ledit échangeur de chaleur 1 mécanique comporte une plaque collectrice 5 à chaque extrémité des tubes 3. 10 Comme le montre la figure 2, les trous 50 des plaques collectrices 5 peuvent être alignés de sorte que les tubes 3 forment un rang rectiligne et que les ailettes 4 soient également rectilignes. Le fait que les ailettes 4 soient rectilignes permet de limiter l'encombrement de l'échangeur de chaleur 1. 15 Chaque plaque collectrice 5 peut être recouverte par une boîte à eau 6 dont les bords peuvent être insérés dans une rainure 51 (visible sur la figure 2) pouvant comporter un joint d'étanchéité, de sorte à former un collecteur 7. Les collecteurs 7 comportent généralement une entrée et/ou une sortie de premier fluide caloporteur et permettent la distribution ou l'évacuation du premier fluide caloporteur au sein des tubes 20 3. Dans l'échangeur de chaleur mécanique 1, la superposition d'ailettes 4 est dans un état de déformation élastique. Par déformation élastique, on entend que la superposition d'ailettes 4 a été déformée afin de passer d'une forme stable à une forme 25 instable. La superposition d'ailettes 4 est maintenue dans sa forme instable par les plaques collectrices 5 et les tubes 3. Les plaques collectrices 5 maintiennent les tubes 3 qui eux même maintiennent la superposition d'ailettes 4 dans sa forme instable. Si lesdites plaques collectrices 5 sont retirées, la superposition d'ailettes 4 retrouve alors une forme stable. 3053450 7 Le fait que la superposition d'ailettes 4 soit maintenue dans sa forme instable applique des contraintes mécaniques au niveau de l'interface entre les ailettes 4 et les tubes 3. Ces contraintes augmentent la pression de contact entre les ailettes 4 et les tubes 3 ce qui permet une amélioration de la conductivité thermique entre ces éléments 5 et ainsi augmente les performances de l'échangeur de chaleur 1 mécanique. La superposition d'ailettes 4 est, dans sa forme stable, de préférence cintrée dans le plan de circulation du flux du deuxième fluide caloporteur. 11 est néanmoins tout à fait possible d'imaginer d'autres sens ou plan de cintrage pour la superposition d'ailettes 10 4, ladite superposition d'ailettes 4 serait alors « redressée » par les plaques collectrices 5 afin d'appliquer des contraintes sous sa forme instable. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur 1 mécanique, comportant : 15 - des tubes 3 parallèles les uns avec les autres et disposés en rang et dans lesquels un premier fluide caloporteur est apte à circuler, et - une pluralité d'ailettes 4 au travers desquelles un deuxième fluide caloporteur est apte à circuler, lesdites ailettes 4 comportant des orifices 40 par lesquels passent les tubes 3, 20 - une plaque collectrice 5 comprenant des trous 50 dans lesquels sont introduites les extrémités des tubes 3, une plaque collectrice 5 étant disposée à chaque extrémité des tubes 3, ledit procédé comportant les étapes suivantes : - assemblage des tubes 3 et des ailettes 4 avec fixation desdites ailettes 4 25 sur lesdits tubes 3, - déformation élastique de la superposition d'ailettes 4, notamment de sorte que les extrémités des tubes 3 soient placées en regard des trous 50 des plaques collectrices 5, 3053450 8 - mise en place des plaques collectrices 5 aux extrémités des tubes 3. La fixation des ailettes 4 sur les tubes 3 peut notamment être réalisée par élargissement des tubes 3, par exemple par insertion d'une olive d'un diamètre supérieur 5 à celui de l'orifice du tube 3. La déformation élastique peut être réalisée par exemple au moyen d'un ou plusieurs vérins. Comme précédemment, par déformation élastique, on entend que la déformation 10 est réversible. Si les contraintes maintenant la superposition d'ailettes 4 dans sa forme instable sont enlevées (par exemple en enlevant les plaques collectrices 5), la superposition d'ailettes 4 reviendra d'elle même dans sa forme stable. Le procédé de fabrication peut également comporter, entre l'étape d'assemblage 15 des tubes 3 et des ailettes 4 et l'étape de déformation élastique, une étape intermédiaire de déformation plastique de la superposition d'ailettes 4. Par déformation plastique on entend que la déformation n'est pas réversible et que suite à la déformation plastique la superposition d'ailettes 4 reste dans cette forme, qui devient alors sa forme stable. La déformation plastique est ainsi une déformation d'amplitude supérieure à l'élasticité de 20 la superposition d'ailettes 4. Cette déformation plastique peut être réalisée par exemple au moyen d'un ou plusieurs vérins. 25 Il est alors possible d'assembler des tubes 3 et des ailettes 4, de fixer lesdites ailettes 4 sur lesdits tubes 3 et de former une superposition d'ailettes 4 ayant un profil rectiligne, comme illustré sur la figure 3a. 3053450 9 La superposition d'ailettes 4 est ensuite déformée plastiquement, comme illustré à la figure 3b, afin d'obtenir une superposition d'ailettes 4 dont la forme stable est cintrée, par exemple dans le plan de circulation du flux du deuxième fluide caloporteur. 5 La superposition d'ailettes 4 est ensuite déformée élastiquement, comme illustré à la figure 3c, afin d'obtenir une superposition d'ailettes 4 dont la forme instable est par exemple de profil rectiligne, proche ou identique à la superposition d'ailettes 4 lors de son assemblage, c'est à dire elle aussi rectiligne. 10 Cet exemple de procédé de fabrication permet notamment de conserver une unité de montage classique pour l'assemblage des tubes 3 et des ailettes 4 afin de former une superposition d'ailettes 4 ayant un profil rectiligne. Cela permet également d'ajouter simplement à la chaîne de production des unités afin de déformer plastiquement, dans un premier temps, puis élastiquement, dans un second temps, la superposition d'ailettes 15 4, ce qui peut limiter l'augmentation des coûts de production liés à ces étapes supplémentaires. Ainsi, on voit bien que l'échangeur de chaleur 1 mécanique, du fait des contraintes appliquées sur la superposition d'ailettes 4, a des performances améliorées. 20 De plus, de part son procédé de fabrication, l'augmentation des coûts de productions peut être maîtrisée. REVENDICATIONS1. Échangeur de chaleur (1) mécanique comportant : - des tubes (3) parallèles les uns avec les autres et disposés en rang et dans lesquels un premier fluide caloporteur est apte à circuler, et - une pluralité d'ailettes (4) superposées au travers desquelles un deuxième fluide caloporteur est apte à circuler, lesdites ailettes (4) comportant des orifices (40) par lesquels passent les tubes (3), - au moins deux plaques collectrices (5) comprenant respectivement des trous (50) dans lesquels sont introduites les extrémités des tubes (3), une plaque collectrice (5) étant disposée à chaque extrémité des tubes (3), caractérisé en ce que la superposition d'ailettes (4) est dans un état de déformation élastique, ladite superposition d'ailettes (4) étant maintenue dans une forme instable par les plaques collectrices (5) et les tubes (3) de sorte que si lesdites plaques collectrices (5) sont retirées, la superposition d'ailettes (4) retrouve une forme stable. Échangeur de chaleur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la superposition d'ailettes (4) est, dans sa forme stable, cintrée dans le plan de circulation du flux du deuxième fluide caloporteur. Échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les trous (50) des plaques collectrices (5) sont alignés de sorte que les tubes (3) forment un rang rectiligne et que les ailettes (4) soient rectilignes. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur (1) mécanique, comportant : 202. 3. 25 4. 3053450 11 - des tubes (3) parallèles les uns avec les autres et disposés en rang et dans lesquels un premier fluide caloporteur est apte à circuler, et - une pluralité d'ailettes (4) superposées au travers desquelles un deuxième fluide caloporteur est apte à circuler, lesdites ailettes (4) comportant des 5 orifices (40) par lesquels passent les tubes (3), - au moins deux plaques collectrices (5) comprenant respectivement des trous (50) dans lesquels sont introduites les extrémités des tubes (3), une plaque collectrice (5) étant disposée à chaque extrémité des tubes (3), ledit procédé comportant les étapes suivantes : 10 - assemblage des tubes (3) et des ailettes (4) avec fixation desdites ailettes (4) sur lesdits tubes (3), - déformation élastique de la superposition d'ailettes (4), - mise en place des plaques collectrices (5) aux extrémités des tubes (3). 15 5. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que suite à la déformation élastique de la superposition d'ailettes (4), les extrémités des tubes (3) sont disposées de sorte à être placées en regard des trous (50) des plaques collectrices (5). 6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte, entre l'étape d'assemblage des tubes (3) et des ailettes (4) et l'étape de déformation élastique, une étape intermédiaire de déformation plastique de la superposition d'ailettes (4). 7. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape intermédiaire de déformation plastique de la superposition d'ailettes (4) est un cintrage dans le plan de circulation du flux du deuxième fluide caloporteur. 3053450 12 8. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la superposition d'ailettes (4) a un profil rectiligne avant l'étape intermédiaire de déformation plastique et que ladite superposition d'ailettes (4) a 5 un profil également rectiligne après l'étape de déformation élastique.