Brevet FR3067102A1 — publié le 20181207

Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur L'invention concerne un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur, en 5 particulier un échangeur de chaleur mécanique ou mécano-brasé. Les échangeurs de chaleur comprennent généralement une multiplicité de tubes entre lesquels sont insérés des entretoises, nommées intercalaires ci-après, afin de former un faisceau de tubes. Les tubes sont généralement des tubes de section ovale ou 10 oblongue, définie par un grand axe et un petit axe, et ayant des extrémités introduites dans des trous d'une plaque collectrice. Un premier type d'échangeur de chaleur est représenté par des échangeurs de chaleur dits brasés où les tubes et les intercalaires sont fixés entre eux par brasage afin de former le faisceau de tubes et où l'étanchéité entre les extrémités des tubes et la plaque collectrice est également assurée par brasage des 15 tubes dans les trous de ladite plaque collectrice. Un deuxième type d'échangeur de chaleur est représenté par les échangeurs de chaleur dits mécaniques, où les tubes et les ailettes sont fixés mécaniquement entres eux afin de former le faisceau de tubes, par exemple par sertissage, et où l'étanchéité entre les extrémités des tubes et la plaque collectrice est également assurée par un joint d'étanchéité disposé dans les trous de 20 ladite plaque collectrice. 11 existe également un troisième type d'échangeur de chaleur représenté par les échangeurs de chaleur dits mécano-brasés, où les tubes et les intercalaires sont fixés par brasage entres eux afin de former le faisceau de tubes et où l'étanchéité entre les extrémités des tubes et la plaque collectrice est également assurée par un joint d'étanchéité disposé dans les trous de ladite plaque collectrice. 25 Dans le cas d'un échangeur de chaleur brasé, la liaison entre les tubes et la plaque collectrice est rigide et ne peut pas compenser les phénomènes de dilatation et de rétractation liés aux variations de température lors de son utilisation. Au fil du temps ces liaisons se fatiguent et des ruptures ou fuites peuvent apparaître. 3067102 2 Dans le cas d'un échangeur de chaleur mécanique ou mécano-brasé, l'étanchéité entre la plaque collectrice et les extrémités des tubes est réalisée par un joint compressible. Ce même joint permet d'absorber les phénomènes de dilatation et de rétractation liés aux variations de températures lors de l'utilisation de l'échangeur de chaleur. Cependant, les tubes doivent pouvoir résister à la pression exercée par le joint et donc lesdits tubes doivent être suffisamment épais, ce qui malheureusement peut nuire à la qualité des échanges thermiques. Un des buts de la présente invention est donc de remédier au moins partiellement 10 aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer un procédé de fabrication amélioré d'un échangeur de chaleur. La présente invention concerne donc un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur comprenant : 15 . un faisceau de tubes comportant une multiplicité de tubes disposés parallèlement les uns aux autres et des intercalaires disposées entre lesdits tubes, . une plaque collectrice comprenant des trous dans lesquels sont introduits des extrémités des tubes, la plaque collectrice comportant au moins un joint 20 d'étanchéité compressible formant des premiers collets compressibles, les premiers collets compressibles étant insérés dans les trous et comprimés entre la paroi des trous et les extrémités des tubes pour assurer l'étanchéité entre lesdites extrémités des tubes et la plaque collectrice, le dit procédé de fabrication comprenant une étape de trempe appliquée au 25 moins sur les extrémités des tubes. Cette étape de trempe permet que les tubes, et plus précisément leurs extrémités, résistent à la pression exercée par le joint d'étanchéité compressible, notamment lors des phénomènes de dilatation et de rétraction. 3067102 3 Selon un aspect du procédé selon l'invention, l'étape de trempe est réalisée après une étape de brasage des tubes. Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, l'étape de brasage des tubes 5 est une étape de brasage des tubes et des intercalaires de sorte à former un faisceau de tubes brasé. Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, seules les extrémités des tubes subissent une étape de trempe et en ce que la hauteur de la zone desdites extrémités subissant ladite étape de trempe est supérieure à la hauteur de la zone desdites extrémités qui est destinée à entrer en contact avec les premiers collets compressibles. Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, les tubes sont réalisés en 15 alliage d'aluminium de série 2000, 6000 ou 7000. Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, l'étape de trempe comporte : . une première sous-étape de refroidissement rapide d'au moins les extrémités des tubes alors que lesdites extrémités ont une température supérieure à 450 20 °C, . une deuxième sous-étape de revenu à une température comprise entre 90 et 110 °C pendant une durée de 30 à 60min. Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, la première sous-étape de 25 refroidissement rapide est réalisée par trempage dans de l'eau. 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 : 3067102 4 - 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 longitudinale de l'échangeur de chaleur de la figure 1, 5 - la figure 3 montre un organigramme du procédé de fabrication de l'échangeur de chaleur selon l'invention. Les éléments identiques sur les différentes figures, portent les mêmes références. 10 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 modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées 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 et deuxième 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. Cette indexation n'implique pas non plus un ordre dans le temps par exemple pour apprécier tels 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 3067102 5 caloporteur. Les tubes 20 sont disposés parallèlement entre eux. Entre les tubes 20, sont disposées des intercalaires 21 qui agissent comme perturbateur et augmentent la surface d'échange thermique avec un deuxième fluide caloporteur passant entre lesdits tubes 20. Comme le montrent les figures 1 et 2, les tubes 20 ont une section transversale de forme 5 oblongue qui peut donc être définie selon deux axes de longueurs différentes. Les tubes 20 et les intercalaires 21 sont réalisés dans des matériaux métalliques. Les tubes 20 et les intercalaires 21 formant le faisceau 2 peuvent être fixés entre eux mécaniquement. Dans ce cas, les intercalaires 21 sont appelées ailettes. Les ailettes 10 comprennent des plaques placées perpendiculairement aux tubes 20. Lesdites ailettes comportent des orifices dans lesquels sont insérés et fixés les tubes 20. La fixation des tubes 20 est dite mécanique, par exemple par élargissement desdits tubes 20 au moyen d'une olive de taille supérieure à celle des tubes 20 qui est insérée dans les tubes 20 afin d'augmenter leur taille, puis retirée. On parle alors de faisceau 2 mécanique. 15 A contrario, les tubes 20 et les intercalaires 21 formant le faisceau 2 peuvent être fixés entre eux par brasage. Dans ce cas et comme illustré aux figures 1 et 2, les intercalaires 21 peuvent être ce que l'on appelle des intercalaires. Ces intercalaires sont par exemple des bandes ondulées ou crénelées, placées entre les tubes 20 et fixées auxdits tubes 20 par brasage. On parle alors de faisceau 2 brasé. 20 Les tubes 20 peuvent également présenter en leur sein une jambe 26 de tube reliant les parois internes les plus larges des tubes 20. Cette jambe 26 de tube permet une bonne rigidité desdits tubes 20.Une telle jambe 26 peut notamment être présente dans des tubes 2 formés par une plaque repliée sur elle même et brasée de sorte à former 25 le tube 2. L'échangeur de chaleur 1 comporte également deux collecteurs ou boites à eau disposés à chaque extrémité 22 des tubes 20. Ces collecteurs comportent une plaque collectrice 4 et un couvercle (non représenté) venant recouvrir ladite plaque collectrice 4 3067102 6 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. La plaque collectrice 4 fait la liaison de façon étanche entre le collecteur et le faisceau 2. 5 La plaque collectrice 4 comprend une âme 40, pouvant être de forme générale rectangulaire, délimitant une multiplicité de trous, de section correspondante à la forme de la section des tubes 20 et propres à recevoir les extrémités 22 des tubes. Selon un mode de réalisation illustré aux figures 1 et 2, chaque trou peut être 10 bordé par un collet 44, notamment dirigé vers le faisceau 2. Les trous sont de taille similaire aux ouvertures des collets 44. Les 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. 15 Les trous 43 et les collets 44 ont une forme correspondant à celle de la section transversale des tubes 20, ou du moins de leurs extrémités 22, et comme cette forme est généralement oblongue, il est possible de caractériser lesdits trous 43 et lesdits collets 44 selon deux axes de longueurs différentes. 20 Comme le montre la figure 2, l'âme 40 peut se prolonger par une gorge périphérique 42 se terminant par un rebord périphérique 46 formant des pattes rabattables. La gorge périphérique 42 est destinée à recevoir les rebords du couvercle et le rebord périphérique 46 peut être plié et rabattu afin de fixer ledit couvercle sur la plaque collectrice 4. 25 La plaque collectrice 4 reçoit au moins un joint d'étanchéité compressible 41 pour permettre notamment l'étanchéité au niveau des trous 43. Comme le montre la figure 2, la plaque collectrice 4 peut ne comporter qu'un seul joint d'étanchéité 41 compressible. Ce joint d'étanchéité 41 comporte une âme 3067102 7 venant s'appliquer sur l'âme 40 de la plaque collectrice 4. Cette âme du joint d'étanchéité 41 est reliée à une multiplicité de premiers collets compressibles 45 qui s'introduisent chacun dans un trou 43. A l'assemblage du faisceau 2 avec la plaque collectrice 4, les premiers collets compressibles 45 sont comprimés entre la paroi des 5 trous 43 et les extrémités 22 afin d'assurer l'étanchéité entre lesdites extrémités 22 des tubes 20 et la plaque collectrice 4. Par ailleurs, l'âme du joint d'étanchéité 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. 10 Selon une variante non représentée, la plaque collectrice 4 peut comporter une multitude de joints d'étanchéité 41 compressibles qui forment des premiers collets compressibles 45 qui s'introduisent chacun dans un trou 43 pour assurer l'étanchéité entre l'extrémité 22 d'un tube 20 et la plaque collectrice 4. Dans ce mode de réalisation, l'étanchéité avec le couvercle peut être réalisée par un joint d'étanchéité compressible 15 indépendant et placé dans la gorge périphérique 42. L'utilisation d'un joint d'étanchéité 41 compressible unique ou d'une multitude de joints d'étanchéité 41 compressibles pour réaliser la liaison entre le faisceau 2 et la plaque collectrice 4, permet une certaine souplesse de la liaison qui peut absorber les 20 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. Les premiers collets compressibles 45 ont également une forme correspondante à celle de la section transversale des tubes 20, ou du moins de leurs extrémités 22. Il est 25 donc également possible de caractériser lesdits premiers collets compressibles 45 selon deux axes de longueurs différentes. Les extrémités 22 des tubes 20 peuvent également comporter au moins un évasement 25, à l'intérieur des collecteurs et boite, qui surmonte le joint d'étanchéité 3067102 8 compressible 41 comme cela est illustré aux figures 1 et 2. Cet évasement 25 peut notamment être réalisé sur une portion limitée des extrémités 22 des tubes 20. Cet 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 extrémités 5 22 des tubes 20 comportent chacune deux évasements 25 réalisés sur une portion limitée. Afin que les tubes 20 et plus précisément leurs extrémités 22 résistent à la pression exercée par le joint d'étanchéité compressible 41, notamment lors des 10 phénomènes de dilatation et de rétraction, au moins lesdites extrémités 22 peuvent subir un traitement thermique de durcissement. Le procédé de fabrication de l'échangeur de chaleur 1, illustré à la figure 3, comprend alors une étape 102 de trempe appliquée au moins sur les extrémités 22 des tubes 20. 15 Cette étape 102 de trempe est notamment réalisée après une étape 101 de brasage des tubes 20 afin de profiter du fait que les tubes 20 sont encore chaud et éviter ainsi une étape supplémentaire de chauffe des tubes 20. Selon un premier mode de réalisation du procédé de fabrication, l'étape 101 de 20 brasage peut notamment être une étape de brasage des tubes 20 et des intercalaires 21 de sorte à former un faisceau 2 de tubes 20 brasé. Pour ce premier mode de réalisation, de préférence seuls les extrémités 22 des tubes 20 subissent une étape de trempe afin d'éviter de traiter l'ensemble du faisceau 2 brasé. De ce fait, la hauteur de la zone desdites extrémités 22 subissant l'étape de 25 trempe est supérieure à la hauteur de la zone desdites extrémités 22 qui est destinée à entrer en contact avec les premiers collets compressibles 45. Selon un deuxième mode de réalisation du procédé de fabrication, l'étape 101 de brasage peut être une étape de brasage pour la formation du tube 20 lui même, par 3067102 9 exemple le brasage d'un feuillet métallique replié sur lui même et dont les bords sont brasés pour former un tube 20. Pour ce deuxième mode de réalisation, le tube 20 dans son intégralité ou alors seules ses extrémités 22 peuvent subir une étape de trempe. 5 Les tubes 2 sont de préférence réalisés en alliage d'aluminium de série 2000, 6000 ou 7000. Ces alliages d'aluminium ont une bonne conductivité thermique et également ont la capacité de durcir par précipitation et donc peuvent subir une étape de trempe dans le but d'augmenter leur résistance mécanique. 10 Pour ces alliages d'aluminium, l'étape 102 de trempe peut notamment comporter : . une première sous-étape 102a de refroidissement rapide d'au moins les extrémités 22 des tubes 20 alors que lesdites extrémités 22 ont une 15 température supérieure à 450 °C, de préférence supérieure à 500 °C, . une deuxième sous-étape 102b de revenu à une température comprise entre 90 et 110 °C pendant une durée de 30 à 60min. La première sous-étape 102a de refroidissement rapide peut notamment être 20 réalisée par trempage dans de l'eau, par exemple à une température de l'ordre de 20°C. Cependant, tout moyen de refroidissement rapide peut également être utilisé lors de cette première sous étape, par exemple une projection d'eau sur la ou les zones désirées, ou encore une convection forcée de l'air ambiant, d'air refroidi ou d'une bruine. 25 Ainsi, on voit bien que l'échangeur thermique 1 selon l'invention, permet d'avoir des tubes 20 dont les parois sont assez fines pour avoir des échanges thermiques optimaux et ce tout en pouvant résister aux pressions exercées par une étanchéité entre les tubes 20 et la plaque collectrice 4 réalisée au moyen d'un joint d'étanchéité compressible 41. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur (1) comprenant : . un faisceau (2) de tubes comportant une multiplicité de tubes (20) disposés parallèlement les uns aux autres et des intercalaires (21) disposées entre lesdits tubes (20), . une plaque collectrice (4) comprenant des trous (43) dans lesquels sont introduits des extrémités (22) des tubes (20), la plaque collectrice (4) comportant au moins un joint d'étanchéité (41) compressible formant des premiers collets compressibles (45), les premiers collets compressibles (45) étant insérés dans les trous (43) et comprimés entre la paroi des trous (43) et les extrémités (22) des tubes (20) pour assurer l'étanchéité entre lesdites extrémités (22) des tubes (20) et la plaque collectrice (4), ledit procédé de fabrication comprenant une étape de trempe appliquée au moins sur les extrémités (22) des tubes (20). 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de trempe est réalisée après une étape de brasage des tubes (20). 3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de brasage des tubes (20) est une étape de brasage des tubes (20) et des intercalaires (21) de sorte à former un faisceau (2) de tubes (20) brasé. 4. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que seules les extrémités (22) des tubes (20) subissent une étape de trempe et en ce que la hauteur de la zone desdites extrémités (22) subissant ladite étape de 3067102 11 trempe est supérieure à la hauteur de la zone desdites extrémités (22) qui est destinée à entrer en contact avec les premiers collets compressibles (45). 5. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 5 ce que les tubes (2) sont réalisés en alliage d'aluminium de série 2000, 6000 ou 7000. 6. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de trempe comporte : 10 . une première sous-étape de refroidissement rapide d'au moins les extrémités (22) des tubes (20) alors que lesdites extrémités (22) ont une température supérieure à 450 °C, . une deuxième sous-étape de revenu à une température comprise entre 90 et 110 °C pendant une durée de 30 à 60min. 15 7. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première sous-étape de refroidissement rapide est réalisée par trempage dans de l'eau.