WO1999002935A1 - Tube plie pour un echangeur de chaleur, notamment de vehicule automobile - Google Patents

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Olivier Dion
Gilles Deltel
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Valeo Thermique Moteur
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    • F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding

Definitions

  • the invention relates to the field of heat exchangers, in particular of a motor vehicle, and more precisely the bent tubes used in certain types of 1 heat exchangers of technology called "tube-interlayer".
  • This invention relates more particularly to tubes comprising a metal plate (or core) which has internal and external faces parallel to each other and has a central part terminated by two longitudinal edges parallel to each other.
  • the metal wall is intended to be folded, with the meeting of the two longitudinal edges, so that, on the one hand, their external faces are parallel to each other and in contact, and on the other hand, that their end faces contact the internal face of the central part, thus delimiting two independent longitudinal cavities in which a fluid, for example refrigerant, can circulate.
  • bent tubes of this type are usually coated on their outer face with a layer of solder which is intended to secure the longitudinal edges to each other and to the central part, when passing through a brazing furnace.
  • an object of the invention is to provide a tube for a heat exchanger which does not have the above-mentioned drawback.
  • the invention provides a tube of the type described in the introduction, in which only the internal face of the plate is covered, before brazing, with a layer of brazing, which preferably consists of an aluminum alloy and of silicon.
  • the joining of the transverse ends of the bent tubes in the transverse openings of a collector plate of the heat exchanger is also improved because the space to be filled is markedly reduced.
  • an auxiliary layer for example of the anticorrosive type, can be provided between the internal face of a tube plate and the solder layer.
  • such an anticorrosive auxiliary layer consists of an aluminum and zinc alloy.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a tube plate coated on its internal face with a single layer of solder, before folding;
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a tube plate coated on its internal face with an auxiliary layer and a layer of solder, before folding;
  • FIG. 3 illustrates, in a cross-sectional view, the tube plate of Figure 1 after folding
  • FIG. 5 is an enlargement of part of Figure 4, in a cross-sectional view.
  • the invention relates to bent tubes with two cavities suitable for use in brazed heat exchangers, such as for example heating radiators, cooling radiators, cooling radiators of supercharging circuits (compact or surface), or else still condensers.
  • brazed heat exchangers such as for example heating radiators, cooling radiators, cooling radiators of supercharging circuits (compact or surface), or else still condensers.
  • Such exchangers are produced in a technology called "tube-spacer", preferably.
  • a heat exchanger conventionally comprises a multiplicity of longitudinal tubes 1 mounted between two manifolds 2 placed in transverse positions and in which a fluid, such as a refrigerant, circulates.
  • the tubes 1 are separated from each other by spacers 3, which in the example illustrated are placed in a transverse position relative to one longitudinal axis of the tubes.
  • spacers are preferably made of aluminum, or of an aluminum alloy. The same applies to the tubes 1 and the manifold 2.
  • a metal plate 4 is preferably used made of aluminum / , as indicated above, and more preferably still in an aluminum alloy of the so-called “4000" series.
  • This metal plate 4 also called core is of generally parallelepiped shape. More precisely, this plate is rectangular in shape, and consequently has two long sides called “longitudinal edges” 5 and two short sides called “transverse edges” 6 perpendicular to the longitudinal edges 5.
  • the metal plate 4 comprises a so-called “external” face 7 and a so-called “internal” face 8 parallel to the external face and opposite to it.
  • the justification of the qualifiers internal and external will be given below.
  • the internal face 8 is coated with a brazing layer also called plating layer 9. Only this internal face 8 receives the plating 9 which is preferably made of an aluminum and silicon alloy.
  • an auxiliary layer 10 can be provided between the internal face 8 and the solder or plating layer 9 intended, for example, to provide anti-corrosion protection to the plate 4.
  • a layer 10 is preferably made of an aluminum and zinc alloy.
  • the metal plate 4, coated on its only internal face 8 with a layer of solder 9, is then folded so that its internal face delimits two independent longitudinal cavities 11-1 and 11-2.
  • the two longitudinal edges 5 of the metal plate 4 are folded back so that they are substantially perpendicular to the central part 12 of this same plate 4, and that the respective external faces 7 of these two longitudinal edges 5 are substantially in contact with one another.
  • the end faces 13 of the longitudinal edges 5 are substantially in contact with the solder layer. 9 placed on the internal face 8 of the central part 12 of the plate 4.
  • this connection by brazing is carried out after assembly of the various constituents of the heat exchanger which must be united to each other.
  • This collecting plate 14 has a multiplicity of shaped transverse openings 15, parallel to each other and intended to each receive a transverse end (or transverse edge) 6 of a bent tube 1.
  • each spacer is completely coated with a layer of solder (or plating), on both sides.
  • the collector plate 14 comprises on one of its faces a layer of solder (or plating), the face coated with veneer depending on the orientation of the collars formed at the openings 15 in order to receive the transverse ends 6 of the tubes with sealing.
  • the elements to be brazed have been assembled to each other, they are placed in a brazing furnace.
  • the internal brazing layer 9 which is placed on the internal face 8 of a bent tube 1 will migrate by capillarity in the reduced spaces which are, on the one hand, between the external faces 7 two longitudinal edges 5, and on the other hand, between the end faces 13 of these same longitudinal edges 5 and the internal face 8 of the central part 12 of the folded tube.
  • Part of this cladding will also migrate into space 16 in the form of a furrow of substantially triangular cross section, formed due to the perpendicular folding of the longitudinal edges 5.
  • the filling of the rest of this furrow 16, in particular at a opening 15 of the collecting plate 14 is ensured by the diffusion of part of the veneer placed on the spacers 3.

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Abstract

Un tube (1) est formé d'une plaque métallique (4), présentant des faces interne (8) et externe (7) parallèles entre elles, la seule face interne (8) étant recouverte, avant brasage, d'une couche de brasure (9), et comprenant une partie centrale (12) prolongée par deux bords longitudinaux (5) parallèles entre eux et terminés chacun par une face d'extrémité plane (13). Les bords longitudinaux sont pliés de sorte que, d'une part, leurs faces externes (7) soient parallèles entre elles et au contact, et d'autre part, que leurs faces d'extrémité (13) contactent la face interne (8) de la partie centrale, délimitant ainsi deux cavités longitudinales (11-1, 11-2).

Description

Tube plié pour un échangeur de chaleur, notamment de véhicule automobile
L'invention concerne le domaine des échangeurs de chaleur, notamment de véhicule automobile, et plus précisément les tubes plies utilisés dans certains types d1 échangeurs de chaleur de technologie dite "tube-intercalaire".
Cette invention concerne plus particulièrement encore les tubes comprenant une plaque métallique (ou âme) qui présente des faces interne et externe parallèles entre elles et comporte une partie centrale terminée par deux bords longitudinaux parallèles entre eux. La paroi métallique est destinée à être pliée, avec réunion des deux bords longitudinaux, de sorte que, d'une part, leurs faces externes soient parallèles entre elles et au contact, et d'autre part, que leurs faces d'extrémité contactent la face interne de la partie centrale, délimitant ainsi deux cavités longitudinales indépendantes dans lesquelles peut circuler un fluide, par exemple frigorigène.
Les tubes plies de ce type sont habituellement revêtus sur leur face externe d'une couche de brasure qui est destinée à solidariser les bords longitudinaux entre eux ainsi qu'à la partie centrale, lors du passage dans un four de brasage.
Or, pendant cette opération de brasage, la brasure qui se trouve sur les faces externes des bords longitudinaux peut diffuser en direction des intercalaires, notamment. La distance qui sépare alors les faces externes des deux bords longitudinaux peut devenir localement sensiblement égale à deux fois l'épaisseur initiale de la couche de brasure, et par conséquent l'étanchéité des tubes peut ne plus être assurée. Ce phénomène est encore accru au niveau des ouvertures des boîtes collectrices que traversent les extrémités transversales des tubes. En conséquence, un but de l'invention est de procurer un tube pour échangeur de chaleur qui ne présente pas l'inconvénient précité.
L'invention propose à cet effet un tube du type décrit en introduction, dans lequel seule la face interne de la plaque est recouverte, avant brasage, d'une couche de brasure, laquelle est de préférence constituée d'un alliage d'aluminium et de silicium.
La Demanderesse s'est en effet aperçue que, de façon surprenante, en ne revêtant de brasure que la face interne des tubes plies, la solidarisation de leurs bords longitudinaux était très sensiblement améliorée. Une explication consiste- rait dans le fait qu'en l'absence de placage (couche de brasure), les faces externes des bords longitudinaux d'un tube qui vient d'être plié sont quasiment au contact l'une de l'autre. L'espace à combler entre lesdits bords devenant alors extrêmement réduit, la brasure présente sur les faces internes de la partie centrale et des bords longitudinaux de la plaque-tube est suffisante pour assurer le comblement étanche, la brasure migrant entre les bords par capillarité.
Dans une application à un échangeur de chaleur brasé, notamment de véhicule automobile, la solidarisation des extrémités transversales des tubes plies dans les ouvertures transversales d'une plaque collectrice de 1 ' échangeur de chaleur est également améliorée du fait que l'espace à combler est notablement réduit.
Avantageusement, on peut prévoir une couche auxiliaire, par exemple de type anticorrosive, entre la face interne d'une plaque-tube et la couche de brasure.
Préférentiellement, une telle couche auxiliaire anticorrosive est constituée d'un alliage d'aluminium et de zinc.
L'invention s'applique plus particulièrement aux tubes réalisés en aluminium, ou dans un alliage d'aluminium. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe transversale schématique d'une plaque-tube revêtue sur sa face interne d'une seule couche de brasure, avant repliement;
- la figure 2 est une vue en coupe transversale schématique d'une plaque-tube revêtue sur sa face interne d'une couche auxiliaire et d'une couche de brasure, avant repliement;
- la figure 3 illustre, dans une vue en coupe transversale, la plaque-tube de la figure 1 après repliement;
- la figure 4 illustre schématiquement une partie d'un échangeur de chaleur équipé de tubes selon l'invention; et
- la figure 5 est un agrandissement d'une partie de la figure 4, dans une vue en coupe transversale.
L'invention concerne des tubes plies à deux cavités propres à être utilisés dans des échangeurs de chaleur brasés, comme par exemple des radiateurs de chauffage, des radiateurs de refroidissement, des radiateurs de refroidissement de circuits de suralimentation (compact ou surfacique), ou bien encore des condenseurs. De tels échangeurs sont réalisés dans une technologie dite "tube-intercalaire", de préférence.
Comme cela est partiellement illustré sur la figure 5, un échangeur de chaleur comprend classiquement une multiplicité de tubes longitudinaux 1 montés entre deux boîtes collectrices 2 placées dans des positions transversales et dans lesquels circule un fluide, comme par exemple un fluide frigorigene. Les tubes 1 sont séparés les uns des autres par des intercalaires 3, qui dans l'exemple illustré sont placés dans une position transversale par rapport à 1 ' axe longitudinal des tubes. De tels intercalaires, sont de préférences réalisés en aluminium, ou dans un alliage d'aluminium. Il en va de même des tubes 1 et de la boîte collectrice 2.
Les divers constituants d'un tel échangeur de chaleur, à solidariser, sont tout d'abord assemblés, puis leur solidarisation est assurée par le passage dans un four de brasage.
Pour réaliser un tube 1 selon l'invention, on utilise une plaque métallique 4 de préférence réalisée en aluminium/, comme indiqué ci-avant, et plus préférentiellement encore dans un alliage d'aluminium de la série dite "4000". Cette plaque métallique 4 encore appelée âme est de forme générale parallélépipédique. Plus précisément, cette plaque est de forme rectangulaire, et comporte par conséquent deux grands côtés dit "bords longitudinaux" 5 et deux petits côtés dit "bords transversaux" 6 perpendiculaires aux bords longitudinaux 5.
La plaque métallique 4 comprend une face dite "externe" 7 et une face dite "interne" 8 parallèle à la face externe et opposée à celle-ci. La justification des qualificatifs d'interne et d'externe sera donnée plus loin.
Selon l'invention, on revêt la face interne 8 d'une couche de brasure dite encore couche de placage 9. Seul cette face interne 8 reçoit le placage 9 qui est de préférence réalisé dans un alliage d'aluminium et de silicium.
En variante, comme illustré sur la figure 2, on peut prévoir entre la face interne 8 et la couche de brasure ou placage 9 une couche auxiliaire 10 destinée, par exemple, à assurer une protection anti-corrosion à la plaque 4. Une telle couche 10 est de préférence réalisée dans un alliage d'aluminium et de zinc.
La plaque métallique 4, revêtue sur sa seule face interne 8 d'une couche de brasure 9, est ensuite pliée de sorte que sa face interne délimite deux cavités longitudinales 11-1 et 11-2 indépendantes.
Pour permettre la constitution de ces deux cavités 11-1 et 11-2 indépendantes, on replie les deux bords longitudinaux 5 de la plaque métallique 4 de sorte qu'ils soient sensiblement perpendiculaires à la partie centrale 12 de cette même plaque 4, et que les faces externes 7 respectives de ces deux bords longitudinaux 5 soient sensiblement au contact l'une de l'autre. De plus, pour assurer l'indépendance entre les deux cavités 11-1 et 11-2, les faces d'extrémité 13 des bords longitudinaux 5 (sensiblement perpendiculaires aux faces interne 8 et externe 7) sont sensiblement au contact de la couche de brasure 9 placé sur la face interne 8 de la partie centrale 12 de la plaque 4.
La solidarisation à étanchéité de bords longitudinaux 5 d'une plaque-tube ainsi formée, ainsi que celle des faces d'extrémité 13 de ces mêmes bords longitudinaux et de la face interne 8 de sa partie centrale 12 est assurée par le passage dans un four de brasage.
Plus précisément, lorsque les tubes selon l'invention sont utilisés dans un échangeur de chaleur, du type de celui partiellement illustré sur la figure 4, cette solidarisation par brasage s'effectue après assemblage des différents constituants de 1 ' échangeur de chaleur qui doivent être solidarisé les uns aux autres. Cela concerne principalement les tubes plies 1, les intercalaires 3 placés entre ces tubes plies 1, et la plaque collectrice 14 de la boîte collectrice 2. Cette plaque collectrice 14 comporte une multiplicité d'ouvertures transversales conformées 15, parallèles les unes aux autres et destinées à recevoir chacune une extrémité transversale (ou bord transversal) 6 d'un tube plié 1.
Pour permettre la solidarisation des intercalaires 3 sur les faces externes 7 des tubes plies 1, chaque intercalaire est revêtu intégralement d'une couche de brasure (ou placage), sur ses deux faces. De même, pour permettre la solidarisation des extrémités transversales 6 des tubes plies 1 et de la plaque collectrice 14 au niveau des ouvertures 15, la plaque collectrice 14 comprend sur l'une de ses faces une couche de brasure (ou placage), la face revêtue de placage dépendant de l'orientation des collets formés au niveau des ouvertures 15 en vue de recevoir à étanchéité les extrémités transversales 6 des tubes.
Une fois que les éléments à braser ont été assemblés les uns aux autres, ils sont placés dans un four de brasage. Lors de cette opération de brasage, la couche de brasure interne 9 qui se trouve placée sur la face interne 8 d'un tube plié 1 va migrer par capillarité dans les espaces réduits qui se trouvent, d'une part, entre les faces externes 7 des deux bords longitudinaux 5, et d'autre part, entre les faces d'extrémité 13 de ces mêmes bords longitudinaux 5 et la face interne 8 de la partie centrale 12 du tube plié.
Une partie de ce placage va également migrer dans l'espace 16 en forme de sillon de section transverse sensiblement triangulaire, formé du fait du repliement à perpendicularité des bords longitudinaux 5. Le comblement du reste de ce sillon 16, notamment au niveau d'une ouverture 15 de la plaque collectrice 14 est assuré par la diffusion d'une partie du placage placé sur les intercalaires 3.
L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit ci-avant, à titre d'exemple, mais elle s'étend à d'autres variantes que pourra développer l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.

Claims

Revendications
1. Tube pour échangeur de chaleur brasé, notamment de véhicule automobile, comprenant une plaque métallique (4) présentant des faces interne (8) et externe (7) parallèles entre elles et comportant une partie centrale (12) prolongée par deux bords longitudinaux (5) parallèles entre eux et terminés chacun par une face d'extrémité plane (13), ladite plaque étant susceptible d'être pliée, avec réunion des bords longitudinaux (5) de telle sorte que, d'une part, leurs face externes (7) sont parallèles entre elles et au contact, et d'autre part, que leurs faces d'extrémité (13) contactent la face interne (8) de ladite partie centrale (12), délimitant ainsi deux cavités longitudinales (11-1,11- 2), caractérisé en ce que seule la face interne (8) de ladite plaque (4) est recouverte, avant brasage, d'une couche de brasure ( 9 ) .
2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant brasage la plaque (4) comprend une couche auxiliaire (10) entre sa face interne et la couche de brasure.
3. Tube selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche auxiliaire (10) est une couche anticorrosive.
4. Tube selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche anticorrosive (10) est un alliage d'aluminium et de zinc.
5. Tube selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de brasage (9) est un alliage d'aluminium et de silicium.
6. Tube selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque métallique (4) est réalisée en aluminium, ou dans un alliage d'aluminium.
7. Tube selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est destiné à être introduit, après repliement, par ses extrémités transversales (6) dans une ouverture (15) d'une plaque collectrice (14) d'un échangeur de chaleur.
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