FR2938324A1 - Tube d'echange de chaleur ameliore et procede de fabrication - Google Patents

Tube d'echange de chaleur ameliore et procede de fabrication Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un tube d'échange de chaleur pour échangeur de chaleur de véhicule automobile, comportant des canaux de circulation de fluide sensiblement longitudinaux, ledit tube ayant une section transversale présentant un grand axe et un petit axe, lesdits canaux étant définis par une première face d'une première portion et une deuxième face d'une deuxième portion, lesdites première et deuxième portions étant sensiblement longitudinales et brasées ensemble selon le grand axe, ladite première face comprenant au moins une rainure (18) longitudinale définissant au moins en partie un desdits canaux, caractérisé en ce que ladite première portion est réalisée dans un premier matériau recouvert d'un deuxième matériau, et en ce que ladite première face est réalisée dans le premier matériau uniquement au niveau de ladite au moins une rainure.

Description

Tube d'échange de chaleur amélioré et procédé de fabrication
L'invention concerne les tubes d'échange de chaleur pour échangeur de chaleur de véhicule automobile. Dans les circuits de climatisation automobile moderne, les développements récents ont proposé des fluides réfrigérants qui sont connus sous le nom de fluides supercritiques. Un exemple de tels fluides est le dioxyde de carbone.
10 Dans les circuits de climatisation de véhicule automobile, le fluide réfrigérant chaud est mis en mouvement par un compresseur et est envoyé en phase gazeuse chauffée dans un refroidisseur dans lequel sa température est abaissée.
Dans de tels circuits, le fluide réfrigérant supercritique circule à une pression 15 extrêmement importante, et les tubes doivent être capables de supporter des pressions allant jusqu'à 300 bars.
Dans ce type d'échangeur, deux paramètres sont très influents pour les échanges thermiques : le nombre de canaux et leur diamètre hydraulique. Afin d'optimiser la 20 performance thermique, on cherche donc à obtenir un diamètre hydraulique inférieur à 0,5mm. Pour tenir cette contrainte, l'épaisseur de matière séparant les canaux doit avoir environ la même valeur que le diamètre de ces canaux.
Les tubes possédant les canaux les plus étroits sont actuellement des pièces extrudées. 25 Cependant, le diamètre minimum des canaux est lié à une limite du procédé d'extrusion.
En effet, pour arriver à fabriquer des tubes à canaux d'un diamètre inférieur à 0,4mm, l'outil interne au tube devient très fragile. Sa forme finale s'apparente à des aiguilles de diamètre 0,4 mm. Dans ces conditions, la durée de vie de l'outil est si faible qu'elle remet en cause la fabricabilité du produit. 30 En outre, le brasage des tubes ayant des canaux avec un tel diamètre hydraulique a tendance à boucher certains des canaux. Un tube avec des canaux bouchés est bien sûr insuffisamment efficace pour les applications précitées.
Pour les échangeurs à tubes extrudés, la quantité et le pourcentage de placage de brasage de la boite collectrice ont pour résultat des bouchures plus ou moins importantes des canaux.
La proximité de l'extrémité du tube et des zones plaquées de la boîte est également un paramètre qui favorisera les canaux bouchés.
Aucune solution ne donne donc réellement satisfaction à ce jour pour la production de tubes ayant des faibles diamètres hydrauliques, par exemple inférieurs à 0,5 mm.
L'invention vient améliorer la situation.
À cet effet, l'invention propose un tube d'échange de chaleur pour échangeur de chaleur de véhicule automobile, comportant des canaux de circulation de fluide sensiblement longitudinaux. Le tube a une section transversale présentant un grand axe et un petit axe, et les canaux sont définis par une première face d'une première portion et une deuxième face d'une deuxième portion.
25 Les première et deuxième portions sont sensiblement longitudinales et brasées ensemble selon le grand axe, et la première face comprend au moins une rainure longitudinale définissant au moins en partie un desdits canaux
La première portion est réalisée dans un premier matériau recouvert d'un deuxième 30 matériau, et la première face est réalisée dans le premier matériau uniquement au niveau de ladite au moins une rainure.20 Un tel tube est particulièrement avantageux car il est aisé à fabriquer, et l'absence de brasure dans les rainures protège de toute bouchure des canaux une fois le brasage effectué.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tube d'échange de chaleur, comprenant les étapes suivantes : (a) prévoir une première portion sensiblement longitudinale comportant une première face recouverte de brasure, et une deuxième portion sensiblement longitudinale présentant une deuxième face sensiblement de même dimension que ladite première face ; (b) former des canaux de circulation de fluide d'échange de chaleur sur l'une au moins desdites portions ; (c) assembler par brasage lesdites première et deuxième portions au niveau desdites première et deuxième faces, L'étape (b) comprend en particulier : (bl) former des rainures sensiblement longitudinales dans ladite première face par enlèvement de matière pour définir au moins en partie lesdits canaux.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, tirée d'exemples donnés à titre illustratif et non limitatif, tirés des dessins sur lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique d'un échangeur de chaleur selon l'invention ; - la figure 2 représente une vue en perspective éclatée d'un tube de l'échangeur de chaleur de la figure 1 ; - la figure 3 représente le tube de la figure 2 une fois brasé ; - la figure 4 représente une vue en coupe transversale éclatée d'un tube en variante ; et - les figures 5 et 6 représentent le tube de la figure 4 pendant son assemblage et une fois brasé.
Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
Comme on peut le voir sur la figure 1, un échangeur de chaleur 2 comporte une boîte collectrice 4 et un faisceau 6 de tubes d'échange de chaleur 8. Les tubes 8 pénètrent dans la boîte collectrice 4 à leur extrémité et permettent ainsi la circulation d'un fluide d'échange de chaleur dans le faisceau 6.
Les tubes 8 sont disposés sensiblement parallèles les uns aux autres dans le faisceau 6. En option, des intercalaires (sous la forme d'ailettes repliées ou de feuille traversées par les tubes 8) peuvent être agencés entres les tubes 8 pour augmenter la surface d'échange de chaleur.
Le faisceau 6 peut être disposé de manière à être balayé par un flux d'air perpendiculaire au plan du faisceau. Ainsi ce flux peut être réchauffé par le fluide réfrigérant qui traverse l'échangeur 2 dans les tubes 8.
Le mode de réalisation décrit ici est particulièrement adapté à un échangeur de chaleur du type refroidisseur de gaz parcouru par du dioxyde de carbone. Néanmoins, les tubes décrits dans la présente peuvent être utilisés dans tout type d'échangeur de chaleur.
Dans la suite, on considèrera que la direction Z dans laquelle les tubes s'étendent parallèlement les uns aux autres est la direction longitudinale. Cela fait référence au fait que les tubes sont, dans l'exemple décrit ici, essentiellement plats, c'est-à-dire que leur épaisseur est faible par rapport à leur longueur.
Cependant, on comprendra bien que des tubes ayant des formes différentes, et étant moins "plats" sont envisagés, et que dans ce cas, il convient toujours d'interpréter la direction longitudinale comme étant la direction principale d'expression du tube, c'est-à-dire la direction dans laquelle le fluide d'échange de chaleur circule dans celui-ci.
La figure 2 représente une vue en perspective éclatée d'un tube 8 de l'échangeur 2. La direction d'éclatement est selon la direction longitudinale.
Le tube 8 est dit "plat", c'est-à-dire que sa section présente une forme caractérisée par un grand axe X et un petit axe Y.
Le tube 8 est formé par deux portions 10 et 12. La portion 10 est une plaque d'aluminium dont l'épaisseur est sensiblement égale à la moitié de la dimension du tube 8 selon le petit axe, et dont la largeur est sensiblement égale à la dimension du tube 8 selon le grand axe. La longueur de la plaque 10 est la même que celle du tube 8. Pour des raisons de simplicité, la totalité de la plaque 10 n'est pas montrée sur cette figure, de sorte que la plaque 10 paraît plus large que longue.
La plaque 10 pourrait également être réalisée en acier, ou en alliage d'acier ou d'aluminium choisi pour l'application voulue du tube 8.
La plaque 10 comporte une face inférieure 14 qui est la partie de la plaque 10 qui est brasée avec la plaque 12. On notera ici que la face 14 est qualifiée de face inférieure du fait de la représentation de la figure 2. En fait, cette face est dirigée vers l'intérieur du tube 8, par opposition à une face supérieure 16 qui formera l'extérieur du tube 8 après le brasage.
De la même manière, la portion 12 est une plaque d'aluminium dont l'épaisseur est sensiblement égale à la moitié de la dimension du tube 8 selon le petit axe, et dont la largeur est sensiblement égale à la dimension du tube 8 selon le grand axe.
La longueur de la plaque 12 est la même que celle du tube 8. Pour des raisons de simplicité, la totalité de la plaque 12 n'est pas montrée sur cette figure, de sorte que la plaque 12 paraît plus large que longue. La plaque 12 pourrait également être réalisée en acier, ou en alliage d'acier ou d'aluminium choisi pour l'application voulue du tube 8.30 La plaque 12 comporte également des rainures longitudinales 18 qui sont réalisée sur une face supérieure 20 de la plaque 12. On notera ici que la face 20 est qualifiée de face supérieure du fait de la représentation de la figure 2. En fait, cette face est dirigée vers l'intérieur du tube 8, par opposition à une face inférieure 22 qui formera l'extérieur du tube 8 après le brasage.
Dans le mode de réalisation décrit ici, les plaques 10 et 12 sont toutes deux choisies de sorte que, avant formation des rainures 18 dans la plaque 12, la face inférieure 14 de la plaque 10 et la face supérieure 20 de la plaque 12 sont recouvertes d'une couche de brasure.
En option la face supérieure 16 de la plaque 10 et la face inférieure 22 de la plaque 12 peuvent également être recouvertes de brasure, bien que cela ne soit pas nécessaire. Dans une autre variante, seule la face supérieure 20 de la plaque 12 est recouverte de brasure.
Les rainures 18 sont réalisées sur la plaque 12 par enlèvement de matière. Ainsi, une fois les rainures 18 formées dans la face 20, la couche de brasure est également enlevée, de sorte que la face supérieure 20 de la plaque 12 est réalisée en aluminium uniquement et ne comprend que des éventuelles traces de brasure au niveau de celles-ci.
Les rainures 18 sont réalisées de manière à avoir une section sensiblement demi-circulaire en section par rapport à la direction longitudinale, de manière à définir des canaux 24 dont le diamètre hydraulique est compris entre 0,4 mm et 0,5 mm lorsque les plaques 10 et 12 sont brasées ensemble. Cela apparaît le mieux sur la figure 3.
Ainsi pour fabriquer le tube 8, on part des deux plaques 10 et 12 avec la face supérieure 20 de la plaque 12 qui est recouverte de brasure, on réalise les rainures 18 longitudinales dans la face 20 de sorte que celles-ci dévoilent l'aluminium de la plaque 12, et enfin on brase ensemble les plaques 10 et 12 pour former les canaux 24.
Ce faisant, comme les rainures 18 sont dépourvues de brasure, l'opération de brasage n'entraîne pas de bouchure des canaux 24, ou seulement de manière exceptionnelle.
D'autre part, comme les parties de la face 20 qui entourent les rainures 18 sont elles recouvertes de brasure, la liaison de la plaque 10 et de la plaque 12 est particulièrement robuste et résiliente.
Ce procédé de fabrication est donc simple à mettre en oeuvre et particulièrement efficace. En outre, comme il part de plaques recouvertes de brasure non usinées, il est possible d'utiliser les mêmes plaques pour les portions 10 et 12.
En variante, la plaque 10 pourrait être réalisée de manière identique à la plaque 12 avec les rainures 18, et les plaques 10 et 12 positionnées avant brasage de telle manière que les rainures 18 respectives des plaques sont en regard pour former les canaux 24. La figure 4 représente un autre mode de réalisation du tube 8, dans lequel une seule plaque est utilisée pour former les portions 10 et 12.
Dans ce mode de réalisation, une plaque 30 comporte trois parties 32, 34 et 36. La partie 20 32 est disposée entre les parties 34 et 36, et est prévue pour former la portion 12. Les parties 34 et 36 sont des extrémités de la plaque 30 et sont prévues pour être repliées comme représenté sur les figures 5 et 6 pour former la portion 10.
Dans ce mode de réalisation, la partie 32 est légèrement différente de la plaque 12 du 25 mode de réalisation de la figure 2 en ce qu'elle comporte en son centre une portion 40 dans laquelle aucune rainure n'est réalisée, pour permettre un brasage fiable des extrémités des parties 34 et 36.
En outre, les parties 34 et 36 présentent deux rainures 42 d'extrémité dont le diamètre 30 est plus large que celui des rainures 18, de sorte que, lorsque les parties 34 et 36 sont repliées sur la partie 32, les rainures 42 repliées forme chacune un canal 24 d'extrémité. 15 En variante, la plaque 30 pourrait être réalisée en ne réalisant qu'un seul pliage au lieu de deux comme c'est le cas ici.
Ainsi, le tube 8 peut être encore plus aisément fabriqué dans ce mode de réalisation, comme on part d'une unique plaque 30. Ensuite, les rainures 18 et 42 sont réalisées dans chacune des parties 32, 34 et 36, puis les parties 34 et 36 sont repliées sur la partie 30, et l'ensemble est brasé.
La description qui précède a été réalisée en visant des modes de réalisation particuliers.
Elle ne saurait être néanmoins interprétée de manière limitative, et l'homme du métier saura ajuster certains des éléments décrits pour les adapter à des situations particulières.
Plus spécifiquement, toutes les combinaisons possibles des modes de réalisation entre eux n'ont pas été décrites par souci de simplicité. Cependant, l'homme du métier saura combiner ces modes de réalisation entre eux partout où cela serait possible.

Claims (17)

  1. Revendications1. Tube d'échange de chaleur pour échangeur de chaleur de véhicule automobile, comportant des canaux (24) de circulation de fluide sensiblement longitudinaux, ledit tube (8) ayant une section transversale présentant un grand axe (X) et un petit axe (Y), lesdits canaux (24) étant définis par une première face (20) d'une première portion (12) et une deuxième face (14) d'une deuxième portion (10), lesdites première (12) et deuxième (10) portions étant sensiblement longitudinales et brasées ensemble selon le grand axe (X), ladite première face (20) comprenant au moins une rainure (18) longitudinale définissant au moins en partie un desdits canaux (24), caractérisé en ce que ladite première portion (12) est réalisée dans un premier matériau recouvert d'un deuxième matériau, et en ce que ladite première face (20) est réalisée dans le premier matériau uniquement au niveau de ladite au moins une rainure.
  2. 2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre hydraulique desdits canaux (24) est inférieur ou égal à 0,5 mm.
  3. 3. Tube selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite première portion (12) est une plaque (30) ladite deuxième portion (10) est formée par repliement d'au moins une partie (34, 36) de la plaque (30).
  4. 4. Tube selon la revendication 3, caractérisé en ce que la deuxième portion (10) est formée par le repliement de deux parties (34, 36) de la plaque (30).
  5. 5. Tube selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite deuxième portion (10) est une deuxième plaque sensiblement plane, et en ce que lesdits canaux (24) sont formés par la superposition de ladite deuxième plaque (10) sensiblement plane et desdites rainures (18).
  6. 6. Tube selon la revendication 5, caractérisé en ce que la face de ladite deuxième plaque sensiblement plane est réalisée dans un troisième matériau.
  7. 7. Tube selon la revendication 5, caractérisé en ce que la face de ladite deuxième plaque sensiblement plane est réalisée dans un troisième matériau recouvert du deuxième matériau.
  8. 8. Tube selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le troisième matériau est choisi dans le groupe comprenant l'acier, l'aluminium et leurs alliages. 9
  9. 9. Tube selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier matériau est choisi dans le groupe comprenant l'acier, l'aluminium et leurs alliages.
  10. 10. Tube selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième matériau est de la brasure.
  11. 11. Faisceau de tubes d'échange de chaleur, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de tubes selon l'une des revendications précédentes, disposés sensiblement parallèlement les uns aux autres.
  12. 12. Échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comporte une boîte collectrice et un faisceau de tubes d'échange de chaleur selon la revendication 11, et en ce que les extrémités de certains au moins des tubes sont reçues dans la boîte collectrice.
  13. 13. Procédé de fabrication d'un tube d'échange de chaleur, comprenant les étapes suivantes: (d) prévoir une première portion sensiblement longitudinale comportant une première face recouverte de brasure, et une deuxième portion sensiblement longitudinale présentant une deuxième face sensiblement de même dimension que ladite première face ; (e) former des canaux de circulation de fluide d'échange de chaleur sur l'une au moins desdites portions ; (f) assembler par brasage lesdites première et deuxième portions au niveau desdites première et deuxième faces, caractérisé en ce que l'étape (b) comprend : (b1) former des rainures sensiblement longitudinales dans ladite première face par enlèvement de matière pour définir au moins en partie lesdits canaux.
  14. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'étape (a) comprend : (al) prévoir lesdites première et deuxième portions sous la forme d'une plaque sensiblement plane.
  15. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'étape (a) comprend : (a2) prévoir une première face recouverte de brasure.
  16. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'étape (a) comprend : (a3) prévoir une deuxième face recouverte de brasure.
  17. 17. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend :(cl) former la deuxième portion par pliage d'une partie de ladite première portion selon ladite direction longitudinale, (c2) assembler par brasage lesdites première et deuxième portions.
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