FR2728492A1 - Procede de fabrication d'un echangeur de chaleur a tubes ailetes - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur. Les échangeurs formés par l'assemblage en cassette de tubes plats (2) et d'ailettes (3) ondulées en alternance, sont sujets au risque de déformation des tubes plats et de détérioration consécutive de l'échangeur en présence de pressions intérieures trop élevées. Selon l'invention, on donne aux bords (3a) des plis des ailettes ondulées (3) une forme convexe vers l'extérieur de manière que les flancs des tubes plats soient enfoncés avec une forme concave lors de l'assemblage en cassette, ce qui leur donne une plus grande pression d'éclatement. Principale application: échangeurs de chaleur pour le circuit de refroidissement des moteurs.
Description
L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un échangeur de
chaleur, en particulier d'un radiateur pour moteur à combustion interne destiné à la propulsion d'un véhicule automobile, dans lequel des tubes plats disposés parallèlement entre eux, munis d'ailettes interposées entre eux, sont réunis par compression en un bloc de tubes ailetés par des forces orientées transversalement aux axes des tubes
et ensuite brasés.
On connaît déjà des procédés de ce type. Les échangeurs de chaleur fabriqués par ce procédé possèdent des tubes plats ayant des flancs qui s'étendent parallèlement entre eux, les côtés extérieurs de ces flancs étant soudés à des ailettes ondulées qui présentent une hauteur d'ondulation constante sur toute la longueur de tube s'étendant entre les fonds tubulaires. Dans de tels échangeurs de chaleur, il peut se produire des détériorations de la liaison entre les ailettes ondulées et les tubes plats lorsque la pression du liquide à l'intérieur des tubes prend une valeur suffisamment élevée pour que les flancs des tubes plats soient repoussés vers l'extérieur et puissent ainsi entraîner une altération de la liaison brasée entre les ailettes ondulées et les tubes. Ceci est particulièrement vrai lorsqu'on doit passer du brasage sous vide actuellement habituel à de nouveaux procédés de
brasage qui présentent des avantages économiques.
Pour relever la pression d'éclatement à un niveau acceptable, on a donc prévu des garnitures de turbulence dans les tubes mais ces garnitures accroissent le coût de la fabrication. Dans les échangeurs de chaleur comprenant des tubes plats enfilés à travers des ouvertures d'une pile d'ailettes (DE-OS 28 39 142), on a déjà donné antérieurement aux ouvertures, en vue d'obtenir un bon contact thermique entre les bords des ouvertures de la pile d'ailettes et les tubes, une forme dans laquelle les côtés des ouvertures qui entreront ultérieurement en contact avec les flancs des tubes plats sont incurvés avec une forme convexe vers l'intérieur, de sorte que, lors de l'élargissement des tubes qui s'effectue, soit en y faisant passer une olive, soit en élevant la pression à l'intérieur du tube, ce tube s'appuie aussi contre les ailettes de façon particulièrement bonne dans la région des flancs parallèles. Toutefois, dans de tels modes de construction, le bloc de tubes ailetés n'est pas formé par des ailettes disposées entre les tubes comme dans
le genre cité au début.
Il est aussi connu (DE 31 04 010 Al) de mettre les tubes à la forme d'un "8" dans leurs régions d'extrémité par lesquelles ils sont maintenus dans les fonds tubulaires avant qu'ils ne soient enfilés dans les trous des fonds tubulaires munis de garnitures d'étanchéité. Avec cette disposition, on cherche à obtenir une étanchéité particulièrement bonne dans la région des fonds tubulaires grâce à l'élasticité des parois des tubes. Toutefois, ce mode de construction n'a rien
de commun avec la fixation d'ailettes au côté de tubes plats.
L'invention a donc pour but de perfectionner un procédé du genre cité au début de manière à obtenir d'une façon simple le contact intime nécessaire entre les ailettes et les flancs des tubes mais, surtout, de manière à augmenter la pression d'éclatement sans qu'il soit nécessaire de prendre
des dispositions compliquées.
Pour résoudre ce problème, dans un procédé du genre cité au début, il est prévu que les ailettes sont bombées avec une forme convexe vers l'axe des tubes le long de leurs bords appuyés contre les tubes et ce n'est qu'ensuite qu'elles sont interposées entre les tubes plats et pressées contre les tubes, de sorte que ces derniers sont enfoncés latéralement dans la région des ailettes avant que le brasage ne se produise. Grâce à cette disposition, les tubes prennent en section transversale une sorte de forme d'os ainsi que ceci est déjà certes connu en principe dans d'autres sortes de
constructions d'échangeurs de chaleur, dans un autre but.
Toutefois, avec le nouveau procédé de fabrication, les tubes plats conservent leur forme d'origine dans la région de leurs extrémités, c'est-à-dire là o ils sont fixés dans les fonds tubulaires, de sorte qu'on peut conserver les dispositions connues jusqu'à présent pour la fixation des fonds tubulaires aux tubes mais qu'il est possible de charger les nouveaux échangeurs de chaleur avec une pression intérieure plus élevée parce que la forme de section des tubes qui existe dans la région des ailettes est beaucoup plus apte à résister
aux forces agissant de l'intérieur.
Selon un perfectionnement de l'invention, dans un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur muni d'ailettes ondulées dont les bords sont formés par pliage flambage d'une bande de métal qui a été plissée en zigzag dans au moins une paire de cylindres dentés, il peut être prévu que le bombement convexe soit produit par des combinaisons de dents dans lesquelles les dents sont de forme convexe et les creux de denture associés à ces dents sont de forme concave dans l'autre cylindre. Avec ces dispositions, on obtient l'élargissement ou bombement désiré d'une bande d'ailettes ondulées qui sert ensuite à assurer désiré des flancs droits des tubes lors de l'assemblage en cassette. Le bombement convexe des bords des ailettes ondulées peut alors être suffisamment accentué pour que les parois des tubes soit repoussées assez loin vers l'intérieur pour se toucher mutuellement. On doit donc faire en sorte que la section restante soit assez grande pour obtenir la puissance
d'échange de chaleur désirée.
Selon un perfectionnement de l'invention, on peut prévoir des tubes plats encore ouverts à l'origine, qui sont formés de bandes recourbées en forme de tubes, dont les bords formant des génératrices du tube sont simplement rejoints en restant libres et ne sont réunis l'un à l'autre qu'au moment du brasage. De telles bandes qui ne sont pas encore refermées en forme de tubes dans l'opération d'assemblage en cassette peuvent être déjà mises à la forme d'os désirée avec des forces relativement petites avant que la forme tubulaire
définitive et étanche ne soit réalisée par le brasage.
Selon un perfectionnement de ce principe, les bords peuvent être repliée partiellement vers l'intérieur du tube avant que l'assemblage par compression ne se produise. En effet, ils peuvent servir, lors de la déformation qui se produit par la pression exercée par les ailettes ondulées, de butées intérieures qui empêchent une trop forte compression des parois des tubes. On peut ainsi fixer la section de
passage qui reste libre à l'intérieur du tube.
Pour garantir finalement la pression nécessaire sur les flancs des tubes, on peut encore prévoir d'utiliser, à l'endroit de la largeur maximum du bombement convexe des ailettes ondulées, un voile raidisseur qui s'étend perpendiculairement à l'ondulation des ailettes et
parallèlement aux axes des tubes.
L'invention est représentée schématiquement sur le dessin à propos d'exemples de réalisation et elle est décrite
dans ce qui suit.
La figure 1 est une coupe partielle schématique de l'extrémité supérieure droite d'un bloc de tubes ailetés selon l'invention avant la mise en place du collecteur de fluide de refroidissement, la figure 2 est une représentation agrandie de la coupe partielle selon la ligne de coupe II-II de l'échangeur de chaleur de la figure 1, la figure 3 est une représentation schématique du procédé de fabrication pour les formes de tubes de la figure
2,
la figure 4 représente une variante d'un tube plat pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention avant l'assemblage qui donne un échangeur de chaleur, et la figure 5 représente le tube plat de la figure 4 dans
l'état de montage avant ou après l'assemblage en cassette.
Sur la figure 1, on a représenté un segment d'un échangeur de chaleur 1 qui sert de radiateur pour un moteur de véhicule automobile. La figure 1 montre l'échangeur de chaleur 1 encore à l'état dans lequel les collecteurs de
fluide de refroidissement ne sont pas montés.
L'échangeur de chaleur 1 est composé de plusieurs tubes plats 2 disposés parallèlement entre eux, entre lesquels des ailettes ondulées 3 sont disposées de manière que les bords 3a formés par les plissements soient étroitement appuyés contre les flancs latéraux des tubes plats 2 et soient brasés avec ces derniers. A leurs extrémités supérieures et inférieures (les extrémités inférieures ne sont pas représentées), les tubes plats 2 sont emmanchés dans des fonds tubulaires 4 et maintenus à joint étanche dans des ouvertures correspondantes du fond tubulaire 4. D'une façon connue, en utilisation - lorsque les fonds tubulaires sont équipés des collecteurs de fluide de refroidissement correspondants - le fluide de refroidissement s'écoule, en passant par les tubes 2, jusqu'à un autre collecteur de fluide de refroidissement tandis que l'air servant à refroidir ce liquide qui parcourt le moteur s'écoule perpendiculairement au plan du dessin entre les ailettes
ondulées 3 et le long des flancs des tubes plats 2.
On peut remarquer sur la figure 2 que les bords 3a des ailettes ondulées 3 sont bombés vers l'extérieur avec une forme convexe, de sorte que, sous cet effet, lors de la fabrication de l'échangeur de chaleur 1, qui reste encore à décrire, les flancs latéraux des tubes plats 2 s'enfoncent vers l'intérieur avec une forme concave et que les tubes plats 2 prennent à l'état monté une sorte de forme d'os. La figure 2 montre en outre que les ailettes ondulées 3 peuvent être munies de voiles raidisseurs 5 s'étendant transversalement à leurs bords 3a et qui sont enfilées longitudinalement à travers les ouvertures des ailettes ondulées. Ces voiles raidisseurs 5 s'étendent au milieu des ailettes ondulées 3, c'est-à-dire dans la région dans laquelle ces ailettes ondulées présentent leur plus fort élargissement sur leurs bords et leur largeur maximum. Comme le montre la figure 2, cette largeur maximum se trouve
également dans le plan transversal médian des tubes plats 2.
La figure 3 montre schématiquement le mode de fabrication du nouvel échangeur de chaleur dans une vue à peu près en perspective des éléments à assembler, prise du haut, dans laquelle un seul tube plat 2 et les deux ailettes
ondulées 3 adjacentes à ce tube plat sont représentées.
Naturellement les deux ailettes ondulées 3 représentées, sont à nouveau suivies d'autres tubes plats qui, de leur côté,
sont encadrés par des ailettes ondulées.
Dans la fabrication de l'échangeur de chaleur 1, on procède tout d'abord de la façon suivante: on munit les ailettes ondulées 3 qui, habituellement ont déjà été fabriquées par déformation d'une bande métallique dans des paires de cylindres dentés, de bords 3a bombés vers
l'extérieur avec une forme convexe, qui ont déjà été décrits.
Ceci peut s'effectuer par le fait que les dents des combinaisons de dents sont convexes et les creux de denture correspondants sont formés avec une forme concave dans l'autre cylindre, de sorte qu'après avoir franchi les paires de cylindres dentés, on obtient la configuration bombée des ailettes ondulées 3 de la façon représentée sur les figures 2 et 3. Ensuite, les ailettes ondulées 3 sont mises à une longueur qui correspond à la longueur des tubes plats 2 et munies des voiles raidisseurs 5. Ensuite, elles sont acheminées, conjointement avec les tubes plats, à l'opération dite d'assemblage en cassette, dans laquelle les tubes plats 2 et les ailettes ondulées 3 sont présentés dans des positions juxtaposées en alternance puis assemblés par compression par des forces latérales exercées dans le sens des flèches 6. Dans cet assemblage par compression, le bombement convexe des bords 3a des ailettes ondulées 3, donne aux tubes plats 2 la forme d'os qui est visible sur la figure 2, c'est-à-dire que les flancs latéraux, qui sont relativement flexibles en raison de leur grandeur, sont enfoncés vers l'intérieur avec une forme convexe. Lorsque cette opération est terminée, on procède au brasage et on obtient la forme finale de l'échangeur de chaleur 1 représentée sur les figures 1 et 2, dans laquelle les tubes plats ne possèdent pas de flancs latéraux s'étendant parallèlement entre eux. On a constaté que cette forme de tube est particulièrement apte à résister aux pressions régnant à l'intérieur des tubes, c'est-à-dire à l'intérieur du système de fluide de refroidissement, et que la pression d'éclatement d'un tel échangeur de chaleur peut être beaucoup plus élevée que dans le cas des échangeurs de chaleur comportant des tubes plats dont les flancs latéraux
s'étendent parallèlement entre eux.
Ainsi que ceci ressort clairement de ce qui précède, la région des flancs latéraux enfoncés des tubes plats 2 se limite à la région des ailettes ondulées. Dans leur région terminale, les tubes plats restent non déformés et ils peuvent donc être assemblés à joint étanche aux fonds
tubulaires 4 même de la façon connue.
Les figures 4 et 5 représentent une variante d'un tube plat 7 pouvant être utilisé pour la fabrication du nouvel échangeur de chaleur. Comme indiqué sur la figure 4, ce tube plat 7 est tout d'abord formé par pliage à partir d'une bande métallique dont les extrémités 8 ont des rebords qui sont repliés dans le volume intérieur du tube 7 qui sera formé plus tard et qui sont encore juxtaposés l'un à l'autre en
restant libres dans l'état de la figure 4.
Selon la figure 5, les tubes plats 7 ainsi fabriqués et pas encore fermés sont acheminés à l'opération d'assemblage en cassette et bombés avec une forme convexe vers l'intérieur par les forces de compression 6 exercées à ce moment sur leurs flancs. Ceci peut se produire, comme le montre la figure 5, jusqu'à ce que les bords 8 repliés vers l'intérieur viennent en contact avec le flanc opposé 7a et servent de
nervures d'appui s'opposant à la poursuite de la compression.
Dans la position selon la figure 5, on procède alors au brasage et naturellement - à l'emboîtement latéral des tubes 2 et des ailettes ondulées 3 par les parties latérales
9 visibles sur la figure 1.
La forme de réalisation des figures 4 et 5 garantit alors que, sous l'effet de l'opération d'assemblage en cassette, on obtiendra toujours la même compression des tubes 7 qui leur donne une forme d'os prédéterminée sans que, dans l'opération de compression, on n'ait à veiller à maintenir des forces exactement déterminée. Etant donné que, dans la forme de réalisation des figures 4 et 5, une nervure centrale se trouve à l'intérieur de la lumière des tubes plats 7, sous la forme des bords 8 brasés, cette forme de réalisation est plus particulièrement appropriée pour les systèmes de fluide
de refroidissement à haute pression intérieure.
R E V E N D I CATIONS
1. Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur, en particulier d'un radiateur pour moteur à combustion interne destiné à la propulsion d'un véhicule automobile, dans lequel des tubes plats disposés parallèlement entre eux, munis d'ailettes interposées entre eux, sont réunis par compression en un bloc de tubes ailetés par des forces orientées transversalement aux axes des tubes et ensuite brasés, caractérisé en ce que les ailettes (3) sont bombées avec une forme convexe vers l'axe des tubes le long de leurs bords (3a) appuyés contre les tubes (2) et ce n'est qu'ensuite qu'elles sont interposées entre les tubes plats et pressées contre les tubes, de sorte que ces derniers sont enfoncés latéralement dans la région des ailettes (3) avant que le
brasage ne se produise.
2. Procédé selon la revendication 1, pour la fabrication d'un échangeur de chaleur muni d'ailettes ondulées dont les bords sont formés par pliage flambage d'une bande de métal qui a été plissée en zigzag dans au moins une paire de cylindres dentés, caractérisé en ce que le bombement convexe est produit par des combinaisons de dents dans lesquelles les dents sont de forme convexe et les creux de denture associés
à ces dents sont de forme concave dans l'autre cylindre.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par des tubes plats qui sont encore ouverts avant le brasage, qui sont formés de bandes repliées en forme de tubes, dont les bords (8) formant des génératrices sont simplement rejoints en restant libres et ne sont réunis l'un à l'autre qu'au
moment du brasage.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les bords (8) sont repliés partiellement dans le volume
intérieur du tube avant que la compression ne se produise.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les bords (8) sont repliés suffisamment loin dans la volume intérieur du tube pour qu'après la compression, ils soient en appui contre le côté fermé (7a) du tube avant que le brasage ne se produise. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'endroit de la largeur maximum du bombement convexe,
est enfilé un voile raidisseur (5) s'étendant transversale-
ment à l'ondulation des ailettes (3) et parallèlement aux
axes des tubes.
7. Echangeur de chaleur composé d'un bloc de tubes ailetés assemblés par brasage, comprenant des tubes plats disposés parallèlement entre eux et des ailettes, notamment des ailettes ondulées, disposées entre ces tubes, échangeur
qui est fabriqué par le procédé d'une des revendications 1 à
6, caractérisé en ce que les ailettes (3) sont de configuration bombée avec une forme convexe en direction de l'axe du tube le long de leurs bords (3a) qui sont adjacents aux tubes (2), et en ce que les tubes (2) sont bombés avec une forme concave vers l'intérieur le long de leurs flancs latéraux dirigés vers les ailettes, d'une façon qui
correspond au bombement des bords des ailettes.
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