Brevet FR3063138A1 — publié le 20180824

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. Il est en outre connu d'assembler une tubulure avec un bloc par collage-assemblage mécanique. L'invention vise notamment à améliorer le montage de la ou des tubulures. L'invention a ainsi 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 une tubulure de raccordement sur le connecteur en vue de permettre une liaison fluidique entre eux, 3063138 2 - assembler la tubulure avec le connecteur par expansion de la tubulure dans le connecteur par sertissage électro-hydraulique. Selon l'invention, le sertissage électro-hydraulique s'accompagne 5 d'une déformation et soudure violentes de la tubulure, notamment en aluminium, dans le connecteur sous la contrainte d'une onde de choc mue dans l'eau et guidée par un nez amplifiant l'onde de choc. Le nez d'amplification permet de préférence par ses dimensions géométriques un facteur d'amplification supérieur à 3. 10 Ce processus à très grande vitesse de déformation, notamment entre 103 et 105 s-1, a le triple avantage de ne pas réduire les propriétés mécaniques des matériaux, car pas ou peu d'échauffement, de limiter les retours élastiques (qualité de sertissage accrue) et sous certaines conditions de souder les matériaux en vis-à-vis sans préparation 15 particulière des surface. Grâce à l'invention, le sertissage par décharge électro-hydraulique permet une expansion rapide de la tubulure et son sertissage ou soudure dans le connecteur. Ce procédé utilise le choc résultant de l'impact des deux matériaux, respectivement de la tubulure et du connecteur, pour 20 décaper les surfaces des oxydes et autres impuretés, de créer un échauffement très intense mais très local qui n'échauffe pas le matériau de façon macroscopique et finalement de permettre un contact intime sans porosités entre les deux matériaux. L'invention permet de maîtriser la cinématique de placage entre les 25 deux pièces. On observe classiquement une interface ondulée caractéristique du soudage dynamique. Selon un aspect de l'invention, la tubulure présente un diamètre intérieur compris entre 7 mm et 14 mm, et une épaisseur comprise entre 1 mm et 1.5 mm. 3063138 3 Selon un aspect de l'invention, le connecteur comporte une rainure de blocage dans l'alésage du connecteur pour améliorer le maintien. Selon un aspect de l'invention, l'un de la tubulure et du connecteur comporte un logement permettant de confiner la vague et servir de 5 maintien mécanique de l'ensemble. Selon un aspect de l'invention, le logement est choisi de sorte que : - le jeu entre la tubulure et le connecteur à assembler est inférieur à 0.1 mm, - la longueur de recouvrement de la tubulure et du connecteur 10 est d'au moins 200 pm - l'angle sur l'un de la tubulure et du connecteur est compris entre 0° à 3°. Selon un aspect de l'invention, pour obtenir une liaison intime entre les deux pièces, il est nécessaire de prévoir un angle d'impact, notamment 15 compris entre 3° et 30°, pour initier la vague de liaison entre les matières, vague dont la longueur peut varier notamment de 0 à 200pm en fonction de la pression d'impact. La hauteur de vague est notamment comprise entre 5 à 25 pm, notamment en fonction des matières et de l'énergie de l'impact. Selon un aspect de l'invention, les liaisons mécaniques entre la 20 tubulure et le connecteur sont faites de manière satisfaisante. Les tests suivants ont été réalisés. Un couple appliqué à la tubulure, notamment de l'ordre de 10 daN.m, ne permet pas de désolidariser les composants que sont la tubulure et le connecteur. Une destruction de l'ensemble est nécessaire pour pouvoir démonter les composants. De plus, la liaison 25 soumise à un impact de 6 kJ peut tenir à 400 bars sous eau et sous air. L'invention a encore pour objet un échangeur obtenu par le procédé tel que décrit ci-dessus. 3063138 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, l'échangeur est un évaporateur ou un 5 condenseur pour le système de climatisation, ou tout autre dispositif d'échange thermique tel qu'un refroidisseur d'eau ou chiller. 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 10 comportant : - 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 15 faisceau, - une tubulure de raccordement monté sur le connecteur par sertissage électro-hydraulique. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, 20 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 évaporateur selon un exemple de réalisation de l'invention, 25 - la figure 1 a illustre, schématiquement et partiellement, un bloc connecteur, - la figure 2 illustre, schématiquement et partiellement, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. 3063138 5 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, dans laquelle circule un premier fluide, tel qu'un fluide réfrigérant à l'état 5 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 circulant dans l'échangeur thermique. L'échangeur thermique 1 est par 10 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 sein de l'échangeur thermique 1 travaillant en évaporateur capte de 15 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 faisceau de tubes ou canaux d'échange thermique 3 empilés. 20 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 une tubulure 7 ou 9 pour l'alimentation ou le refoulement en fluide réfrigérant. 25 Dans le cas où le fluide réfrigérant est du CO2, les plaques de fermeture 5 sont absentes. Ces tubulures 7, 9 se raccordent, à leurs extrémités à un bloc 10 généralement en aluminium formant un connecteur au sens de l'invention, comme visible sur la figure 1 a. Ces éléments forment un ensemble 30 bride/tubulures. 3063138 6 La tubulure 7 ;9 et le connecteur 10 sont réalisés à base d'aluminium. Le connecteur 10 comporte un passage 14 pour recevoir partiellement la tubulure 7 ;9, comme visible sur la figure 2a. 5 Le procédé selon l'invention décrit à la figure 2 comporte les étapes suivantes : - fournir le connecteur 10 agencé pour être en communication fluidique avec la tubulure 7, 9, - disposer la tubulure de raccordement 7, 9 sur le connecteur 10 10 en vue de permettre une liaison fluidique entre eux, - assembler la tubulure 7, 9 avec le connecteur 10 par expansion de la tubulure dans le connecteur par sertissage électrohydraulique. 15 Le sertissage électro-hydraulique est réalisé à l'aide d'un dispositif électrique 20. Le sertissage électro-hydraulique s'accompagne d'une déformation et soudure violentes de la tubulure en aluminium, dans le connecteur 10 sous la contrainte d'une onde de choc mue dans l'eau W et guidée par un nez 30 amplifiant l'onde de choc. Le nez d'amplification 30 20 permet par ses dimensions géométriques un facteur d'amplification supérieur à 3. La tubulure 7 ;9 présente un diamètre intérieur compris entre 7 mm et 14 mm, et une épaisseur comprise entre 1 mm et 1.5 mm. Le connecteur 10 comporte une rainure de blocage dans l'alésage 25 31 du connecteur pour améliorer le maintien. L'un de la tubulure 7 ;9 et du connecteur 10 comporte un logement permettant de confiner la vague et servir de maintien mécanique de l'ensemble. Le logement 35 est choisi de sorte que : 3063138 7 - le jeu J entre la tubulure 7 ;9 et le connecteur 10 à assembler est inférieur à 0.1 mm, - la longueur de recouvrement L de la tubulure et du connecteur est d'au moins 200 pm 5 - l'angle A sur l'un de la tubulure et du connecteur est compris entre 0° à 3°. Pour obtenir une liaison intime entre les deux pièces, il est nécessaire de prévoir un angle d'impact, notamment compris entre 3° et 30°, pour initier la vague de liaison entre les matières, vague dont la 10 longueur peut varier de 0 à 200pm en fonction de la pression d'impact. La hauteur de vague est notamment comprise entre 5 à 25 pm, en fonction des matières et de l'énergie de l'impact. 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 être 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, - assembler la tubulure avec le connecteur par expansion de la tubulure dans le connecteur par sertissage électro-hydraulique. 2. Procédé selon la revendication précédente, le sertissage électro-hydraulique s'accompagnant d'une déformation et soudure violentes de la tubulure, notamment en aluminium, dans le connecteur sous la contrainte d'une onde de choc mue dans l'eau et guidée par un nez amplifiant l'onde de choc. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, la tubulure présentant un diamètre intérieur compris entre 7 mm et 14 mm, et une épaisseur comprise entre 1 mm et 1.5 mm. 3063138 9 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, le connecteur comporte une rainure de blocage dans l'alésage du connecteur pour améliorer le maintien. 5 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, l'un de la tubulure et du connecteur comportant un logement permettant de confiner la vague et servir de maintien mécanique de l'ensemble. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, le 10 logement étant choisi de sorte que : - le jeu (J) entre la tubulure et le connecteur à assembler est inférieur à 0.1 mm, - la longueur (L) de recouvrement de la tubulure et du connecteur est d'au moins 200 pm 15 - l'angle (A) sur l'un de la tubulure et du connecteur est compris entre 0° à 3°. 7. Echangeur obtenu par le procédé selon l'une des revendications précédentes. 20