FR2812382A1 - Procede de fabrication d'une ailette d'echangeur de chaleur, ailettes selon le procede et module d'echange comportant ces ailettes - Google Patents

Procede de fabrication d'une ailette d'echangeur de chaleur, ailettes selon le procede et module d'echange comportant ces ailettes Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un proc ed e de fabrication d'une ailette pour un module d' echange de chaleur qui comprend au moins deux echangeurs de chaleur munis de tubes de circulation de fluide et comprenant des ailettes de refroidissement communes aux echangeurs. L'ailette est constitu ee par une bande m etallique (14) ayant une largeur (L1) divis ee en au moins deux zones (18, 20) d' echange de chaleur par au moins une s erie de lumières longitudinales espac ees les unes des autres. Conform ement au proc ed e de l'invention, on pratique au moins une s erie de fentes longitudinales (22) espac ees les unes des autres dans la bande m etallique (14) et on elargit les fentes longitudinales pour former une s erie de lumières espac ees les unes des autres. Selon une variante de r ealisation, on forme des emboutis (24) entre les fentes longitudinales (22) et on aplatit ces emboutis pour elargir les fentes (22) et former les lumières.

Description

Procédé de fabrication d'une ailette d'échangeur de chaleur, ailettes
selon le procédé et module d'échange comportant ces ailettes
L'invention concerne les échangeurs de chaleur, en particu-
lier pour les véhicules automobiles.
Elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'une ailette pour un module d'échange de chaleur qui comprend au moins deux échangeurs de chaleur comportant chacun un corps muni de tubes de circulation de fluide et comprenant, en outre, des ailettes de refroidissement communes aux échangeurs, l'ailette étant constituée par une bande métallique ayant une largeur divisée en au moins deux zones d'échange de chaleur par au moins une série de lumières
longitudinales espacées les unes des autres.
Il existe deux technologies principales de réalisation des échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles. Selon une première technologie, les pièces constitutives de l'échangeur sont assemblées, puis solidarisées en une seule opération de
brasage. Pour ce type d'échangeur, les ailettes sont consti-
tuées d'intercalaires ondulés disposés entre les tubes et parallèlement à ces derniers. Selon une autre technologie, les pièces constitutives de l'échangeur sont assemblées
exclusivement par des moyens mécaniques tels que le sertissa-
ge. Ce type d'échangeur comporte des ailettes fines et planes
disposées perpendiculairement aux tubes de circulation.
Généralement, un véhicule automobile comporte plusieurs
échangeurs de chaleur, par exemple un radiateur de refroidis-
sement du moteur, un condenseur faisant partie d'un circuit de climatisation, et, éventuellement, un refroidisseur d'air de suralimentation ou un radiateur d'huile. Il est avantageux de regrouper ces échangeurs dans un module unique qui peut
être monté dans le véhicule en une seule opération.
De tels modules d'échange comportent alors avantageusement des ailettes communes et sont traversés par un même flux d'air. Le fait que les ailettes sont communes aux différents échangeurs simplifie la fabrication et permet en outre de rendre l'ensemble plus compact. Etant donné que les différents échangeurs qui constituent le module fonctionnent à des températures différentes, il est nécessaire de délimiter, dans ces ailettes communes, des zones d'échange de chaleur propres à chaque échangeur. A cette fin, il est connu de pratiquer des séries de lumières séparées par de fins intervalles de matière afin d'éviter les ponts thermiques entre les différentes zones d'échange de chaleur de l'ailette. Selon la technique actuellement utilisée, ces lumières sont réalisées par enlèvement de matière, par exemple par poinçonnage de perforation. Ce procédé a pour inconvénient d'engendrer des chutes de matière
difficiles à gérer en production et très coûteuses.
L'invention a précisément pour objet un procédé de fabrica-
tion d'ailettes pour un module d'échange de chaleur compor-
tant plusieurs échangeurs qui supprime la production de
chutes de matière.
Ce résultat est obtenu, conformément à l'invention par le fait que: - on pratique au moins une série de fentes longitudinales espacées les unes des autres dans la bande métallique; et - on élargit les fentes longitudinales pour former une série
de lumières espacées les unes des autres.
Grâce à ce procédé, les chutes de matière sont supprimées puisque les lumières ne sont pas obtenues par enlèvement de matière, mais par la réalisation d'une fente qui est ensuite élargie pour constituer la lumière. De ce fait, la nécessité de gérer les chutes de matière est supprimée. En outre, l'ailette peut être réalisée à partir d'une bande métallique de largeur plus faible, ce qui conduit également à une
réduction de son coût de fabrication.
Selon une première variante du procédé, on forme des emboutis entre les fentes longitudinales et on aplatit ces emboutis
pour élargir les fentes et former les lumières.
Selon une autre variante du procédé, on forme au moins une série de fentes réparties en deux rangées parallèles espacées l'une de l'autre dans le sens de la largeur de la bande métallique, et on étire la bande métallique dans le sens de
sa largeur pour élargir les fentes et former les lumières.
De préférence, les fentes des deux rangées se chevauchent
partiellement selon le sens longitudinal de la bande métalli-
que. L'invention concerne également une ailette pour un module d'échange de chaleur comprenant au moins deux échangeurs de
chaleur comportant chacun un corps muni de tubes de circula-
tion de fluide et comprenant en outre des ailettes de refroidissement communes aux échangeurs. Cette ailette est
obtenue par le procédé de l'invention.
Enfin, l'invention concerne un module d'échange de chaleur comprenant au moins deux échangeurs de chaleur comprenant chacun un corps muni de tubes de circulation de fluide et comportant, en outre, des ailettes de refroidissement communes aux échangeurs. Les ailettes sont obtenues par le
procédé de l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit
d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en
référence aux figures annexées.
Sur ces figures: - la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un module d'échange de chaleur constitué de deux échangeurs associés; - la figure 2 est une vue partielle de dessus d'une bande métallique pour la réalisation d'une ailette par le procédé de l'invention; - la figure 3A est une vue partielle en perspective d'un embouti formé entre les fentes de la bande métallique représentée sur la figure 2;
- la figure 3B est une vue partielle en perspective corres-
pondant à la figure 3A, après aplatissement de l'embouti; - la figure 4 est une vue partielle de dessus de la bande métallique représentée sur les figures 1 et 2 à une étape ultérieure du procédé de l'invention; - la figure 5 est une vue en perspective d'une ailette obtenue à partir de la bande métallique représentée sur la figure 4; - la figure 6 est une vue à échelle agrandie du détail VI de la figure 5; - la figure 7 est une vue partielle de dessus, similaire à la figure 2, d'une bande métallique pour la réalisation d'une ailette selon une variante du procédé de l'invention; - la figure 8 est une vue partielle de dessus de la bande métallique représentée sur la figure 7 à une étape ultérieure du procédé de l'invention; - la figure 9 est une vue en perspective d'une ailette obtenue à partir de la bande métallique représentée sur la figure 8; et la figure 10 est une vue à échelle agrandie du détail X de
la figure 9.
Le module d'échange de chaleur représenté sur la figure 1 est constitué d'un radiateur 1 de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile et d'un condenseur de climatisation 2,
ces deux échangeurs étant généralement plans.
Le radiateur 1 est constitué de façon connue d'un faisceau de tubes verticaux de circulation de fluide 5 montés entre deux boîtes collectrices 6 (une seule boîte a été représentée), les boîtes collectrices 6 étant disposées le long de deux côtés parallèles du faisceau de tubes et munies de tubulures
8 d'entrée et de sortie du fluide de refroidissement.
Le condenseur 2 est également constitué d'un faisceau de tubes verticaux de circulation de fluide 10 montés entre deux boîtes collectrices 12 (une seule boîte a été représentée), les boîtes collectrices étant disposées le long de deux côtés parallèles du faisceau et munies de tubulures d'entrée et de
sortie du fluide réfrigérant (non représentées).
Les ailettes du module d'échange de chaleur sont communes aux deux échangeurs. Dans un mode de réalisation elles sont constituées par des intercalaires 30 de tôle ondulée disposés
entre les tubes 5 et 10.
La boîte collectrice 6 de l'échangeur 1 (figure 1) est formée à partir de feuilles métalliques, avantageusement en aluminium, conformées par des opérations classiques de découpage et d'emboutissage. Elle comporte un fond 32 qui est généralement plat et de forme rectangulaire allongée. Ce fond 32 est destiné à constituer la plaque collectrice, encore appelée "plaque à trous", de la boîte collectrice 6. Il comporte à cet effet une pluralité de trous espacés 34 de forme allongée destinés à recevoir les tubes 5 de l'échangeur 1. La boîte collectrice 6 comprend en outre deux flancs latéraux 36 repliés en vis-à-vis qui sont généralement plans
et parallèles entre eux. Ces flancs 36 se raccordent sensi-
blement perpendiculairement au fond 32 par deux lignes de pliage qui sont parallèles entre elles. La tubulure 8 est
aménagée dans l'un des flancs latéraux 36.
La boite collectrice 6 est fermée par un feuillard métallique
37 de largeur donnée qui possède des génératrices parallèles.
Ce feuillard 37 peut venir s'emboîter entre les flancs latéraux 36 de la boîte collectrice 6 pour former un ensemble prêt à être brasé en même temps que la tubulure 8. La boîte collectrice 12 de l'échangeur 2 présente la forme générale d'un cylindre allongé muni de perforations 39
destinées à recevoir les tubes 10 de l'échangeur.
On a représenté sur la figure 2 une bande de tôle métallique 14 de grande longueur destinée à la réalisation d'une ailette pour un module de chaleur tel que celui qui est représenté sur la figure 1. La bande métallique 14 a une largeur L1 qui est divisée en une première zone d'échange de chaleur 18 et une seconde zone d'échange de chaleur 20 par une série de
fentes longitudinales 22 pratiquées dans la bande de tôle 14.
La bande de tôle 14 est divisée en autant de zones d'échange de chaleur qu'il y a d'échangeurs dans le module. Etant donné que le module de la figure 1 comporte deux échangeurs, à savoir le radiateur 1 et le condenseur 2, la bande 14 est divisée en deux zones d'échange de chaleur 18 et 20. Dans un autre exemple de réalisation, le module d'échange de chaleur
pourrait comprendre trois échangeurs, par exemple un refroi-
disseur d'air de suralimentation en plus du radiateur 1 et du condenseur 2. Dans ce cas la bande métallique 14 serait divisée en trois zones d'échange de chaleur par deux séries
de fentes longitudinales 22.
On remarquera en outre que les largeurs des zones 18 et 20 ne sont pas nécessairement égales. La largeur de chacune de ces zones correspond à la largeur des tubes de circulation de fluide de chacun des échangeurs. Si les tubes du radiateur 1 sont plus longs que les tubes du condenseur 2, la zone d'échange de chaleur 18 destinée à établir un échange de chaleur avec les tubes du radiateur 1 sera plus longue que la zone d'échange de chaleur 20 destinée à établir un échange de
chaleur avec les tubes du condenseur 2.
Les fentes 22 ne s'étendent pas sur toute la longueur de la bande métallique 14. Au contraire, elles sont espacées les unes des autres par des zones dans lesquelles subsiste de la matière. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, on pratique des emboutis 24 (voir figure 3A) dans ces zones de matière. Inversement, il est possible de former d'abord les emboutis, puis de réaliser les fentes 22 entre les emboutis. Les emboutis 24 sont ensuite aplatis de manière à espacer l'une de l'autre les lèvres des fentes 22 et à former des lumières 26 séparées l'une de l'autre par des languettes de tôle 28, comme représenté sur les figures 3B et
4. On notera que, contrairement au procédé de l'art anté-
rieur, les lumières 26 n'ont pas été réalisées par enlèvement de matière mais par un élargissement de la bande de tôle 14 dans le sens de sa largeur. Cette dernière présente ainsi une largeur L2 très légèrement supérieure à sa largeur initiale L1, cette augmentation de largeur correspondant à la largeur
des lumières 26.
Dans une étape suivante du procédé, la bande de tôle 14 est ondulée de manière connue de manière à former un intercalaire ondulé 30 comme représenté sur la figure 5. Cet intercalaire est divisé en deux zones d'échanges de chaleur 18 et 20 par les lumières 26 qui sont interrompues à intervalles réguliers par les languettes de tôle 28 qui permettent d'assurer la
tenue mécanique de l'intercalaire.
On évite ainsi un pont thermique entre les zones d'échanges de chaleur 18 et 20, l'échange de chaleur ne pouvant se faire que par les languettes de tôle 28 dont la longueur est très réduite par rapport à l'ensemble de la longueur de l'intercalaire. On a représenté sur la figure 7 une bande de tôle 32 divisée en deux zones d'échange de chaleur 18 et 20 par une série de fentes longitudinales 22. Dans cette variante, les fentes 22 ne sont pas disposées dans le prolongement l'une de l'autre, comme dans la variante des figures 2 à 6, mais réparties en deux rangées parallèles espacées l'une de l'autre dans le sens de la largeur de la bande 32. En outre, les fentes 22 appartenant à chacune des deux rangées se chevauchent partiellement à chacune de leurs extrémités. Elles délimitent
ainsi, entre ces extrémités, de minces languettes de tôle 34.
Dans une étape suivante du procédé, la bande 32 est étirée dans le sens de sa largeur L1 dans une série de galets produisant un écartement des deux surfaces d'échange 18 et 20 et par conséquent un écartement des lèvres des fentes 22. Il
en résulte que la bande possède alors une largeur L2 supé-
rieure à L1.
On forme ainsi des lumières 26 s'étendant longitudinalement et décalées alternativement à gauche et à droite l'une par rapport à l'autre et séparées l'une de l'autre par des languettes de tôle 34. La bande de tôle 32 est ensuite ondulée de manière à réaliser de façon connue un intercalaire
ondulé 38 comme représenté sur la figure 9.
L'intercalaire 38 est divisé en deux zones d'échange de chaleur 18 et 20 séparées l'une de l'autre par les lumières 26 interrompues à intervalles réguliers par les languettes de
tôle 34 disposées obliquement par rapport à l'axe longitudi-
nal de la bande de tôle 32, comme on peut le voir sur la figure 10. On évite ainsi, dans toute la mesure du possible, qu'un pont thermique s'établisse entre les zones d'échange de chaleur 18 et 20. On notera que dans ce mode de réalisation également, les lumières 26 sont obtenues sans enlèvement de matière, ce qui est un avantage considérable parce que cela évite d'avoir à gérer de telles chutes durant la fabrication
de l'intercalaire 38.
En référence aux figures 1 à 10 on a décrit un module
d'échange de chaleur comportant des échangeurs de type brasé.
Il va de soi que l'invention s'applique également aux échan-
geurs de type serti, assemblés mécaniquement. Dans de tels échangeurs, les ailettes sont constituées par de fines bandes
de tôle disposées perpendiculairement aux tubes de circula-
tion du fluide. Afin d'éviter l'établissement d'un pont thermique entre les deux zones d'échange de chaleur des ailettes, ces dernières sont divisées, de manière identique, en deux zones par au moins une série de fentes longitudinales interrompues à intervalles réguliers par des languettes de
manière destinées à assurer la tenue mécanique de l'ailette.
Les deux variantes de réalisation du procédé qui ont été
décrites en référence aux figures 2 à 6 et 7 à 10 respective-
ment s'appliquent de la même manière à la réalisation de telles ailettes. Simplement, les ailettes restent planes et on ne les forme pas en bande de tôle ondulée comme pour un échangeur de type brasé. En revanche, ces ailettes doivent être perforées pour permettre le passage des tubes des
échangeurs 1 et 2.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment et s'étend à d'autres variantes.

Claims (6)

Revendications
1. Procédé de fabrication d'une ailette pour un module d'échange de chaleur qui comprend au moins deux échangeurs de chaleur (1, 2) munis de tubes de circulation de fluide et comprenant en outre des ailettes de refroidissement (30, 38) communes aux échangeurs (1, 2), l'ailette (30, 38) étant constituée par une bande métallique (14, 32) ayant une largeur (L1) divisée en au moins deux zones d'échange de chaleur (18, 20) par au moins une série de lumières longitudinales (26) espacées les unes des autres, caractérisé en ce que: - on pratique au moins une série de fentes longitudinales (22) espacées les unes des autres dans la bande métallique (14, 32); et - on élargit les fentes longitudinales (22) pour former une
série de lumières (26) espacées les unes des autres.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme des emboutis (24) entre les fentes longitudinales (22) et en ce qu'on aplatit ces emboutis (24) pour élargir les
fentes (22) et former les lumières (26).
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme au moins une série de fentes (22) réparties en deux rangées parallèles espacées l'une de l'autre dans le sens de la largeur (Li) de la bande métallique (32), et en ce qu'on étire la bande métallique (32) dans le sens de sa largeur (L1)
pour élargir les fentes (22) et former les lumières (26).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fentes (22) des deux rangées se chevauchent partiellement
selon le sens longitudinal de la bande métallique (32).
5. Ailette pour un module d'échange de chaleur comprenant au moins deux échangeurs de chaleur (1, 2) munis de tubes de circulation de fluide et comprenant en outre des ailettes de refroidissement (30, 38) communes aux échangeurs (1,2), caractérisée en ce qu'elle est obtenue par un procédé selon
l'une des revendications 1 à 4.
ii
6. Module d'échange de chaleur comprenant au moins deux échangeurs de chaleur (1, 2) comportant chacun un corps muni de tubes de circulation de fluide et comprenant en outre des ailettes (30, 38) de refroidissement communes aux deux échangeurs (1, 2), caractérisé en ce que les ailettes (30,
38) sont obtenues par un procédé selon l'une des revendica- tions 1 à 4.
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