WO2012066115A1 - Composant brasable et échangeur de chaleur le comportant - Google Patents

Composant brasable et échangeur de chaleur le comportant Download PDF

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WO2012066115A1
WO2012066115A1 PCT/EP2011/070434 EP2011070434W WO2012066115A1 WO 2012066115 A1 WO2012066115 A1 WO 2012066115A1 EP 2011070434 W EP2011070434 W EP 2011070434W WO 2012066115 A1 WO2012066115 A1 WO 2012066115A1
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component
layer
thickness
core
protective layer
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PCT/EP2011/070434
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Georges De Pelsemaeker
Emmanuel Henon
José GARCIA ZALDIVAR
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/04—Fastening; Joining by brazing

Definitions

  • the present invention relates to the field of heat exchangers for motor vehicles intended to exchange heat between two fluids, and more particularly, but not only, to heat exchangers made of aluminum alloys used to cool the exhaust gases of the thermal engines of these vehicles.
  • EGR Exhaust Gas Recirculation
  • the recirculation circuit extends between the exhaust circuit of the engine and the intake circuit and generally comprises a heat exchanger for cooling the exhaust gases since these are at a very high maximum temperature (400 ° C. at 900 ° C). It also includes an uncooled bypass channel, a bypass valve for selectively directing the gas stream into the heat exchanger or bypass duct, and a control valve for controlling the flow rate of the gas stream in the recirculation circuit. .
  • the invention aims to provide components for such exchangers, capable of resisting corrosion for example due to a condensation of these gases and which are particularly simple and economical to manufacture.
  • the invention proposes a solderable component for the circulation of a fluid in a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, comprising an aluminum alloy core, characterized in that it further comprises a layer protector of pure aluminum arranged against the soul.
  • the aluminum layer has a better corrosion resistance than the core of the component and its presence prevents the diffusion of silicon from the filler metal to the core.
  • the component has corrosion resistance due to the circulation of the exhaust gas, a liquid such as brine or other fluid.
  • the protective layer comprises a weight percentage of aluminum greater than or equal to 99.5%;
  • the core has a first surface on which the protective layer extends uniformly;
  • the core has a second surface opposite the first surface, and the component comprises a second pure aluminum protective layer disposed against the second surface;
  • the two protective layers have the same composition
  • the component thickness is greater than or equal to 46800 MPa ⁇ m
  • the component has a thickness between 200 ⁇ and 530 ⁇ ;
  • the thickness of the protective layer is between 25 ⁇ and 80 ⁇ ;
  • the protective layer is disposed between the core and a filler layer for soldering the component to another component, the ratio of the thickness of the filler layer to the thickness of the protective layer being between 0.3 and 1;
  • the thickness of the filler metal layer is between 4% and 10% of the total thickness
  • this component is a tube or a plate.
  • the invention also relates to an exchanger, in particular for motor vehicles, for exchanging heat between a first fluid flowing in a first circuit and a second fluid flowing in a second circuit distinct from the first circuit, characterized in that it comprises in addition a plurality of components as previously exposed, the surface of the component comprising the protective layer belonging to the first circuit.
  • the first fluid comprises recirculated exhaust gas
  • the product of the mechanical strength of the component by the thickness of the core of the component is greater than or equal to 46,800 MPa / m; the components are stacked plates or tubes arranged in parallel.
  • Figures 1a, 1b are a pair of partial sectional views of a tube according to the invention with a pure aluminum layer on the outer surface only, before and after brazing;
  • FIGS. 2a, 2b are a pair similar to that of FIG. 1 in which a layer of pure aluminum and a layer of filler metal are disposed on the inner surface and on the outer surface of the tube;
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of an exchanger according to the invention.
  • FIG. 4 is a view similar to that of Figure 3, the exchanger being mounted;
  • FIG. 5 is a perspective view of a pre-brazing plate according to the invention with an aluminum layer and a layer of filler metal disposed on the inner surface and on the outer surface of the plate;
  • Figure 6 is a view similar to that of Figure 5, after brazing;
  • Figure 7 is a perspective view of a plate according to the invention with a pure aluminum layer on a single surface of the plate and a layer of filler metal on each side, before soldering.
  • FIGS. 1 and 2 a component according to the invention is described.
  • This is a flat tube 1 intended to belong to a heat exchange bundle 2 as shown in FIG. 3.
  • the tube 1 comprises a wall whose cross section transverse to its longitudinal axis is of oblong shape with two flat portions alternating with two rounded portions, for example in a semicircle. In the figures, the rounded portions are not shown. We see in the figures two parallel segments 3 of the flat walls.
  • the thickness of the wall of the tube 1, that is to say the thickness of the segments 3 is between 200 ⁇ and 530 ⁇ .
  • the wall of the tube 1 comprises a core 4 which is made of 3000 series aluminum alloy.
  • the inside 5 of the tube 1 is, in Figures 1, 2, the space extending between the two segments 3.
  • Each segment 3 has an inner face 6 facing inwardly 5 of the tube 1 and an outer face 7 opposite to the inner face 6.
  • the core 4 On the side of the outer face 7, the core 4 has a first surface against which extends a protective layer 8 of pure aluminum.
  • pure aluminum is meant an aluminum alloy with a very high aluminum content, a content greater than a given value of 99%. This is an aluminum alloy of the 1000 series.
  • the layer 8 has a thickness of 40 ⁇ m and here a percentage of aluminum of 99.5%.
  • the protective layer 8 extends between the core 4 and a layer of filler metal 10.
  • the thickness of the layer 10 is 30 ⁇ .
  • the filler metal is used for soldering the tube 1 to another component of the bundle 2, for example interleaves placed between the tubes 1 or else the collector plates of the bundle 2.
  • the solder is well known and is not the subject of the invention. the invention, a detailed description of the brazing or the composition of the filler metal will not be included here, it being specified that the filler metal has a lower melting temperature than the components of the heat exchanger to enable the fixing the different components to each other.
  • the core 4 comprises, before brazing, against its surface, another layer 10 of filler metal.
  • This layer 10 serves to braze the tube 1 with disrupters (not shown) disposed inside the tube 1.
  • the thickness of the component that is to say the thickness of the wall of the tube 1
  • the thickness of the layer 8 and the thickness of the filler metal layer 10 are chosen in the scales and with the following relations:
  • the ratio between the thickness of the filler metal layer 10 and the thickness of the aluminum layer 8 is between 0.3 and 1, which makes it possible to prevent the filler metal from migrating towards the soul 4;
  • the thickness of the filler layer 10 is between 4% and 10% of the thickness of the wall of the tube 1;
  • the thickness of the protective layer 8 is between 25 ⁇ and 80 ⁇ ;
  • the thickness of the wall of the tube 1 is between 200 ⁇ and 530 ⁇ .
  • the metal of the filler layer 10 has migrated towards the zones to be brazed so that outside these zones, the protective layer 8 is exposed .
  • the layer 8 forms a coating intended to be in contact with the fluid and to act as a sacrificial protection layer.
  • the core 4 of the wall of the tube 1 is not attacked.
  • the second surface of the core on the side of the inner face 6 of the tube 1 is coated with a second protective layer 8.
  • This second layer 8 extends between the core 4 and another layer of filler metal 10. Brazing takes place outside the tube and inside the tube, for example with interferers between the tubes and inside the tubes. Thanks to the presence of the protective layers 8 on the outside and on the inside of the tube 1, it is protected against corrosion that could occur under the effect of the passage of fluid between the tubes and in the tubes.
  • the mechanical strength of the wall of the tube 1 multiplied the thickness of the core 4 is greater than 46800 MPa ⁇ m.
  • FIGS. 3 and 4 An example of use of the tubes of FIGS. 2a, 2b is illustrated in FIGS. 3 and 4.
  • the exchanger shown in FIG. 1 comprises two rows of flat tubes 1.
  • the beam 2 is disposed in a casing 12.
  • the exchanger 1 1 comprises a circuit for the circulation of EGR gas with heat exchange with a cooling fluid.
  • the housing 12 which is of substantially rectangular section and is closed at one of its ends, houses in its interior the bundle 2 of tubes 1 which, in this case, is of the "U" -shaped type, it is that is, the inlet 13 and the outlet 14 of the tubes 1 are arranged on the same side at the open end 15 of the casing 12.
  • the end of the tube bundle 1 is fixed to a support plate 16.
  • the support plate 16 has a plurality of orifices 17 for the implantation of the respective tubes 1.
  • the casing 12 has an inlet channel 18 and an outlet channel (not shown) for the EGR cooling fluid, here brine water of the engine cooling circuit.
  • the EGR gases enter the exchanger 1 1 through the inlet 13, circulate in the tubes 1 where they are cooled and then exit through the outlet 15.
  • the brine enters the inlet channel 18, bathes the beam 2 and goes out the way out. EGR gases and glycol water exchange to allow cooling of the EGR gases.
  • the acidity of the EGR gas may be around pH 2 and may under certain conditions reach a pH of 0.8 and contain up to 200 ppm of chlorides. With possible condensation during circulation in the heat exchanger, the inside of the tubes is subjected to corrosive conditions of which they are protected by the presence of the protective layers 8.
  • the brine also has a corrosive action
  • the outside of the tubes is protected by the protective layers 8 located on the outside.
  • only the fluid flowing outside the tubes has a corrosive action so that only the outside of the tubes is protected by a protective layer 8.
  • protective layers are provided only inside the tubes with filler metal layers only on the outside of the tubes.
  • a protective layer is provided on at least one of the inner or outer surfaces of the tubes.
  • no filler metal is provided inside the tube.
  • the core 4 is first obtained in the form of an aluminum alloy strip of the 3000 series.
  • the aluminum layer 8 of the 1000 series is sprayed uniformly by spraying. outside (fig.1 a) or on the outside and the inside (fig 1 b).
  • the tube 1 is formed by folding the two edges of the flat core on themselves.
  • the tubes 1 are sealed during brazing of the exchanger 11.
  • the core 4 of the tube 1 is produced by extrusion.
  • the aluminum layer 8 of the 1000 series is then uniformly spray-sprayed on the outside of the tube 1 or on the outside and the inside. We end by depositing a layer of filler metal on the outside and inside of the tube 1.
  • the component according to the invention is here a plate 101 which comprises a core 104 whose two faces are coated with a protective layer 108 ( Figure 5, 6). In a variant only one surface of the plate 101 is coated with a protective layer ( Figure 7).
  • a layer of filler metal 1 10 is disposed on the protective layer or layers 108.
  • the exchanger 1 1 1 is a plate heat exchanger.
  • the plates 101 are stacked one above the other so as to create two fluid circuits, for example an EGR gas circuit and a cooling fluid circuit circulating brine water of the engine cooling circuit. .
  • it is the plates 101 of Figures 5, 6 which have protective layers on each side.
  • the stack of the plates 101 makes it possible to create a circuit for the EGR gases and a circuit for the brine.
  • corrosion-resistant conditions are found so that the protective layers 108 play a role in the protection against corrosion.
  • the plates 108 comprise only a protective plate 108 on one side. In this case, the plates 108 are positioned so that the protective layers 108 of two consecutive plates face each other. There is thus a fluid circuit whose faces have protective layers alternating with a circuit whose faces do not have any special protection. This scheme is suitable for heat exchange between a corrosive fluid and a little or no corrosive fluid.
  • the core 104 is first obtained in the form of an aluminum alloy strip of the 3000 series.
  • the aluminum layer 108 of the 1000 series is spray-sprayed. finishes by the deposition of a layer of filler metal 1 10. Possibly relief is created on the plate 101 in particular to create circulation channels (not shown) and bosses 120 or dimples to increase the exchange surface .
  • a component of 480 ⁇ of thickness comprises a 3916-type aluminum alloy core and 360 ⁇ thick, a protective layer of aluminum alloy type 1050 48 ⁇ thick and two layers of filler metal (one per face) of type 4343 and 36 ⁇ thick (in percentage, 75% for the core, 10% for the protective layer and 7.5% for each layer of metal contributed).
  • the mechanical strength of the component is 130 MPa.
  • Another example is a 400 ⁇ thick component comprising an aluminum alloy core 300 ⁇ thick, a protective layer of aluminum alloy type 1050 of 40 ⁇ thickness and two layers of metal. (one per face) of type 4343 and 30 ⁇ thick (in percentage, 75% for the core, 10% for the protective layer and 7.5% for each layer of filler metal).
  • the mechanical strength of the component is 156 MPa.
  • a third example is a 400 ⁇ thick component comprising an aluminum alloy core 260 ⁇ thick, two layers of aluminum alloy type 1050 40 ⁇ thick (one per side) and two layers of filler metal (one per face) type 4343 and 30 ⁇ thick (in percentage, 65% for the core, 10% for each protective layer and 7.5% for each layer of filler metal).
  • the mechanical strength of the component is 180MPa.
  • the product of the mechanical strength by the thickness of the core after soldering is 46800 MPa.
  • the component, tube or plate is obtained in the form of a rolled multilayer sandwich.
  • Alternative embodiments include the various combinations that can be achieved by providing a single-sided protective layer, a protective layer on each side, a single-sided filler layer, a filler metal layer on each side.
  • the presence or absence of a layer of filler metal is particularly related to the need arising from the presence or absence of spacers between the tubes or turbulators in the tubes.
  • the claimed component comprises the protective layer (s) while it is the interleaving or interfering elements disposed between the tubes or the plates (or turbulators arranged inside the tubes) which possess the filler metal layers.
  • the component according to the invention is a collector plate comprising an aluminum alloy core brazed together with, for example, tubes.
  • This header plate has a protective layer of pure aluminum disposed on the surface of the core on the side of the tubes.
  • the component is the support plate 16 of the exchanger 11.
  • the tubes 1 and the plate 16 then comprise protective layers.
  • the heat exchanger according to the invention comprises a first circuit in which circulates a first fluid to be cooled, for example, with brine, by means of a second fluid, for example air.
  • the tubes or plates of the exchanger have protective layers only on the surfaces belonging to the first circuit.

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Abstract

Le composant brasable pour la circulation d'un fluide dans un changeur de chaleur, en particulier pour véhicule automobile, selon l'invention, comporte une âme 4 en alliage d'aluminium. Il comporte en outre une couche protectrice 8 d'aluminium pur disposée contre l'âme 4.

Description

Composant brasable et echangeur de chaleur le comportant
La présente invention se rapporte au domaine des échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles destinés à échanger de la chaleur entre deux fluides, et plus particulièrement, mais pas seulement, aux échangeurs de chaleur en alliages d'aluminium utilisés pour refroidir les gaz d'échappement des moteurs thermiques de ces véhicules.
On connaît les circuits de recirculation de gaz d'échappement du moteur thermique d'un véhicule automobile (appelés EGR pour « Exhaust Gas Recirculation »). Les gaz d'échappement y sont recirculés vers l'admission du moteur où ils sont plus complètement brûlés.
Le circuit de recirculation s'étend entre le circuit d'échappement du moteur thermique et le circuit d'admission et comprend généralement un échangeur thermique pour refroidir les gaz d'échappement puisque ceux-ci sont à une température maximale très élevée (400°C à 900°C). Il comporte également un canal de dérivation non refroidi, une vanne by-pass pour diriger sélectivement le flux gazeux dans l'échangeur de chaleur ou dans le conduit de dérivation et une vanne de régulation pour régler le débit du flux gazeux dans le circuit de recirculation.
Ces gaz d'échappement sont particulièrement acides et se condensent en liquide acide en particulier lorsque le moteur du véhicule est froid. Ce liquide acide contenant notamment des sulfates, des nitrates, des acides organiques, des chlorures et/ou des hydrocarbures, ils endommagent fortement les échangeurs de chaleur par corrosion. Il est ainsi courant de relever des condensais de pH inférieur à 2 avec des valeurs de chlorures de 50 ppm. Sur certains véhicules, on relève même pH 0,8 et des chlorures à 200 ppm.
Par ailleurs, l'assemblage des différents composants de ces échangeurs est réalisé au moyen d'un brasage de sorte que ces éléments sont préalablement couverts d'une couche de métal d'apport. Pendant le brasage, on observe une diffusion du silicium de la couche de métal d'apport vers le cœur des éléments. Cette modification de la composition du cœur rend les éléments d'autant plus vulnérables à la corrosion.
Il existe donc un besoin pour des composants d'échangeurs qui résistent à la corrosion.
On connaît le document WO 2006034876 qui propose de former une couche hydrophobe sur la surface des circuits d'échange de manière à évacuer au plus vite la condensation d'eau acide sans que cette dernière ait le temps d'attaquer l'échangeur mais cette solution n'est pas satisfaisante car elle n'évite pas totalement la corrosion et diminue significativement les capacités d'échange thermique de l'échangeur.
L'invention vise à proposer des composants pour de tels échangeurs, capables de résister à la corrosion par exemple due à une condensation de ces gaz et qui soient particulièrement simples et économiques à fabriquer.
A cet effet, l'invention propose un composant brasable pour la circulation d'un fluide dans un échangeur de chaleur, en particulier pour véhicule automobile, comportant une âme en alliage d'aluminium, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une couche protectrice d'aluminium pur disposée contre l'âme.
Ainsi après brasage, c'est la couche d'aluminium pur qui est au contact des gaz corrosifs et non l'âme du composant. La couche d'aluminium a une meilleure résistance à la corrosion que l'âme du composant et sa présence empêche la diffusion du silicium du métal d'apport vers l'âme. Le composant présente une résistance à la corrosion qu'elle soit due à la circulation des gaz d'échappement, d'un liquide tel que l'eau glycolée ou d'un autre fluide.
Selon des caractéristiques de mise en œuvre particulièrement simple et commode, tant à la fabrication qu'à l'utilisation :
la couche protectrice comporte un pourcentage massique d'aluminium supérieur ou égal à 99,5% ;
l'âme présente une première surface sur laquelle s'étend uniformément la couche protectrice ; l'âme présente une seconde surface, opposée à la première surface, et en ce que le composant comporte une seconde couche protectrice en aluminium pur disposée contre la deuxième surface ;
les deux couches protectrices ont la même composition ;
- le produit de la résistance mécanique après brasage du composant par
l'épaisseur de composant est supérieur ou égal à 46800 MPa^m ;
le composant présente une épaisseur comprise entre 200μιη et 530μιη ;
l'épaisseur de la couche protectrice est comprise entre 25μιη et 80μιη ;
la couche protectrice est disposée entre l'âme et une couche de métal d'apport pour l'assemblage par brasage du composant à un autre composant, le rapport entre l'épaisseur de la couche de métal d'apport et l'épaisseur de la couche protectrice étant compris entre 0,3 et 1 ;
l'épaisseur de la couche de métal d'apport représente entre 4% et 10% de l'épaisseur totale ;
- ce composant est un tube ou une plaque.
L'invention concerne également un échangeur, en particulier pour véhicules automobiles, pour l'échange de chaleur entre un premier fluide circulant dans un premier circuit et un deuxième fluide circulant dans un deuxième circuit distinct du premier circuit, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une pluralité de composants tels que précédemment exposés, la surface du composant comportant la couche protectrice appartenant au premier circuit.
Selon des caractéristiques de mise en œuvre particulièrement simple et commode, tant à la fabrication qu'à l'utilisation :
le premier fluide comporte des gaz d'échappement recirclués ;
- après brasage, le produit de la résistance mécanique du composant par l'épaisseur de l'âme du composant est supérieur ou égal à 46800 MPa^m ; les composants sont des plaques empilées ou des tubes disposés parallèlement.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, donnée à titre d'exemple préféré, mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : les figures 1 a, 1 b sont un couple de vues partielles en coupe d'un tube selon l'invention avec une couche d'aluminium pur sur la surface externe seulement, avant et après brasage ;
les figures 2a, 2b sont un couple similaire à celui de la figure 1 sur lequel une couche d'aluminium pur et une couche de métal d'apport sont disposées sur la surface interne et sur la surface externe du tube ;
la figure 3 est une vue en éclaté en perspective d'un échangeur selon l'invention ;
la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3, l'échangeur étant monté ; - la figure 5 est une vue en perspective d'une plaque avant brasage selon l'invention avec une couche d'aluminium et une couche de métal d'apport disposées sur la surface interne et sur la surface externe de la plaque ;
la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 5, après brasage ;
la figure 7 est une vue en perspective d'une plaque selon l'invention avec une couche d'aluminium pur sur une seule surface de la plaque et une couche de métal d'apport de chaque côté, avant brasage.
En référence aux figures 1 et 2, on décrit un composant selon l'invention. Il s'agit ici d'un tube plat 1 destiné à appartenir à un faisceau d'échange de chaleur 2 tel que représenté à la figure 3. Le tube 1 comporte une paroi dont la section transversalement à son axe longitudinal est de forme oblongue avec deux portions plates en alternance avec deux portions arrondies, par exemple en demi-cercle. Sur les figures, on n'a pas représenté les portions arrondies. On voit sur les figures deux segments parallèles 3 des parois plates.
L'épaisseur de la paroi du tube 1 , c'est-à-dire l'épaisseur des segments 3 est comprise entre 200μηι et 530μηι.
La paroi du tube 1 comporte une âme 4 qui est en alliage d'aluminium série 3000.
L'intérieur 5 du tube 1 est, sur les figures 1 , 2, l'espace s'étendant entre les deux segments 3. Chaque segment 3 présente une face intérieure 6 qui regarde vers l'intérieur 5 du tube 1 et une face extérieure 7 opposée à la face intérieure 6. Du côté de la face extérieure 7, l'âme 4 comporte une première surface contre laquelle s'étend une couche 8 protectrice d'aluminium pur. Par aluminium pur, on entend un alliage d'aluminium à très haute teneur en aluminium, teneur supérieure à une valeur donnée de 99%. Il s'agit ici d'un alliage d'aluminium de la série 1000. La couche 8 présente une épaisseur de 40μιη et ici un pourcentage d'aluminium de 99,5%.
Avant brasage du tube 1 , la couche protectrice 8 s'étend entre l'âme 4 et une couche de métal d'apport 10. L'épaisseur de la couche 10 est de 30 μιη. Le métal d'apport sert au brasage du tube 1 à un autre composant du faisceau 2 par exemple des intercalaires disposés entre les tubes 1 ou encore les plaques collectrices du faisceau 2. Le brasage étant bien connu et ne faisant pas l'objet de l'invention, on ne rentrera pas ici dans une description détaillée du brasage ni de la composition du métal d'apport, étant précisé que le métal d'apport a une température de fusion inférieure à celle des composants de l'échangeur pour permettre de fixer les différents composants les uns aux autres.
Du côté de la face intérieure 6, l'âme 4 comporte, avant brasage, contre sa surface, une autre couche 10 de métal d'apport. Cette couche 10 sert au brasage du tube 1 avec des perturbateurs (non représentés) disposés à l'intérieur du tube 1 .
De façon générale, l'épaisseur du composant, c'est-à-dire l'épaisseur de la paroi du tube 1 , l'épaisseur de la couche 8 et l'épaisseur de la couche de métal d'apport 10 sont choisies dans les gammes et avec les relations suivantes :
le rapport entre l'épaisseur de la couche de métal d'apport 10 et l'épaisseur de la couche d'aluminium 8 est compris entre 0,3 et 1 ce qui permet d'éviter que le métal d'apport ne migre vers l'âme 4 ;
l'épaisseur de la couche de métal d'apport 10 représente entre 4% et 10% de l'épaisseur de la paroi du tube 1 ;
l'épaisseur de la couche protectrice 8 est comprise entre 25μιη et 80μιη ;
- l'épaisseur de la paroi du tube 1 est comprise entre 200μιη et 530μιη.
Après brasage de l'échangeur 1 1 (figures 3, 4), le métal de la couche de métal d'apport 10 a migré vers les zones à braser de sorte qu'en dehors de ces zones, la couche protectrice 8 est à nu. La couche 8 forme un revêtement destiné à être en contact avec le fluide et à agir comme une couche de protection sacrificielle. Ainsi, même si cette couche 8 commence à être corrodée, l'âme 4 de la paroi du tube 1 n'est pas attaquée. Sur le tube 1 des figures 1 a, 1 b, on a donc une couche protectrice 8 sur l'extérieur du tube 1 de façon à protéger le tube 1 contre la corrosion sur l'extérieur qui pourrait intervenir sous l'effet du passage d'un fluide.
Sur le tube 1 de la figure 2a, 2b, la deuxième surface de l'âme du côté de la face intérieure 6 du tube 1 est revêtue d'une deuxième couche protectrice 8. Cette deuxième couche 8 s'étend entre l'âme 4 et une autre couche de métal d'apport 10. Le brasage a lieu à l'extérieur du tube et à l'intérieur du tube, par exemple avec des perturbateurs entre les tubes et à l'intérieur des tubes. Grâce à la présence des couches de protection 8 sur l'extérieur et sur l'intérieur du tube 1 , celui-ci est protégé contre la corrosion qui pourrait intervenir sous l'effet du passage de fluide entre les tubes et dans les tubes.
Après brasage, la résistance mécanique de la paroi du tube 1 multipliée l'épaisseur de l'âme 4 est supérieure à 46800 MPa^m.
Un exemple d'utilisation des tubes des figures 2a, 2b, est illustré sur les figures 3 et 4. L'échangeur représenté 1 1 comporte deux rangs de tubes plats 1 . Le faisceau 2 est disposé dans un carter 12. L'échangeur 1 1 comprend un circuit destiné à la circulation des gaz EGR avec échange de chaleur avec un fluide de refroidissement.
Le carter 12, qui est de section sensiblement rectangulaire et se trouve fermé en une de ses extrémités, loge en son intérieur le faisceau 2 de tubes 1 qui, dans le cas présent, est du type en forme de « U », c'est-à-dire que l'entrée 13 et la sortie 14 des tubes 1 sont disposées d'un même côté à l'extrémité ouverte 15 du carter 12.
L'extrémité du faisceau de tubes 1 est fixée à une plaque de support 16. La plaque de support 16 présente une pluralité d'orifices 17 pour l'implantation des tubes 1 respectifs. Le carter 12 présentent une voie d'entrée 18 et une voie de sortie (non représentée) pour le fluide de refroidissement des EGR, ici de l'eau glycolée du circuit de refroidissement moteur.
Les gaz EGR entrent dans l'échangeur 1 1 par l'entrée 13, circulent dans les tubes 1 où ils sont refroidis puis ressortent par la sortie 15. L'eau glycolée entre par la voie d'entrée 18, baigne le faisceau 2 et sort par la voie de sortie. Les gaz EGR et l'eau glycolée échangent pour permettre un refroidissement des gaz EGR.
L'acidité ges gaz EGR peut se situer autour de pH 2 et peut dans certains conditions atteindre un pH de 0,8 et contenir jusqu'à 200 ppm de chlorures. Avec une possible condensation au cours de la circulation dans l'échangeur, l'intérieur des tubes est soumis à des conditions corrosives dont ils sont protégés par la présence des couches protectrices 8.
L'eau glycolée a également une action corrosive dont l'extérieur des tubes est protégé grâce aux couches protectrices 8 situées sur l'extérieur. Selon une variante de réalisation correspondant aux figures 1 a, 1 b, seul le fluide circulant à l'extérieur des tubes a une action corrosive de sorte que seul l'extérieur des tubes est protégé par une couche protectrice 8.
Selon une autre variante, on prévoit des couches protectrices seulement à l'intérieur des tubes avec des couches de métal d'apport seulement à l'extérieur des tubes.
De façon générale, on prévoit une couche protectrice sur au moins l'une des surfaces intérieure ou extérieure des tubes. Selon une autre variante, on ne prévoit pas de métal d'apport à l'intérieur du tube.
Concernant la fabrication des tubes 1 , on commence par se procurer l'âme 4 sous la forme d'un feuillard en alliage d'aluminium de la série 3000. Ensuite on pulvérise uniformément par sprayage la couche d'aluminium 8 de la série 1000 sur l'extérieur (fig.1 a) ou sur l'extérieur et l'intérieur (fig. 1 b). On termine par le dépôt d'une couche de métal d'apport à l'extérieur et à l'extérieur par exemple en trempant le tube 1 dans un bain de métal d'apport. On peut aussi injecter le métal d'apport pour former la couche à l'intérieur du tube 1 . On forme le tube 1 en rabattant les deux bords de l'âme plate sur eux-mêmes. Les tubes 1 sont rendus étanches lors du brasage de l'échangeur 11 .
Selon une variante de réalisation, on réalise l'âme 4 du tube 1 par extrusion. Ensuite on pulvérise uniformément par sprayage la couche d'aluminium 8 de la série 1000 sur l'extérieur du tube 1 ou sur l'extérieur et l'intérieur. On termine par le dépôt d'une couche de métal d'apport sur l'extérieur et l'intérieur du tube 1 .
Dans les deux cas, à l'intérieur des tubes 1 peuvent être disposés des perturbateurs ou turbulateurs qui perturbent la circulation du fluide dans les tubes pour améliorer le transfert de chaleur. On décrit maintenant un autre mode de réalisation en référence aux figures 5 à 8. Pour les éléments similaires, on garde la même numérotation augmentée de 100. Le composant selon l'invention est ici une plaque 101 qui comporte une âme 104 dont les deux faces sont revêtues d'une couche protectrice 108 (figure 5, 6). Selon une variante seule une surface de la plaque 101 est revêtue d'une couche protectrice (figure 7).
Comme dans le mode de réalisation précédent, une couche de métal d'apport 1 10 est disposée sur la ou les couches protectrices 108.
Après brasage (figure 6), les couches protectrices 108 sont à nu.
L'échangeur 1 1 1 est un échangeur à plaques. Les plaques 101 sont empilées l'une au dessus de l'autre de façon à créer deux circuits de fluide, par exemple un circuit de gaz EGR et un circuit de fluide de refroidissement faisant circuler de l'eau glycolée du circuit de refroidissement du moteur. Dans ce cas, il s'agit des plaques 101 des figures 5, 6 qui comportent des couches de protection de chaque côté.
L'empilement des plaques 101 permet de créer un circuit pour les gaz EGR et un circuit pour l'eau glycolée. Comme dans le mode de réalisation décrit précédemment, on retrouve des conditions à risque en matière de corrosion de sorte que les couches protectrices 108 jouent un rôle dans la protection contre la corrosion. Selon une variante de réalisation (fig. 7), les plaques 108 ne comportent qu'une plaque protectrice 108 sur un seul côté. Dans ce cas, on positionne les plaques 108 de façon à ce que les couches protectrices 108 de deux plaques consécutives se fassent face. On a ainsi un circuit de fluide dont les faces possèdent des couches protectrices en alternance avec un circuit dont les faces ne possèdent pas de protection particulière. Ce schéma convient à un échange de chaleur entre un fluide corrosif et un fluide peu ou pas corrosif. Concernant la fabrication des plaques 101 , on commence par se procurer l'âme 104 sous la forme d'un feuillard en alliage d'aluminium de la série 3000. Ensuite on pulvérise par sprayage la couche d'aluminium 108 de la série 1000. On termine par le dépôt d'une couche de métal d'apport 1 10. Eventuellement on crée du relief sur la plaque 101 en particulier pour créer des canaux de circulations (non représentés) et des bossages 120 ou dimples pour augmenter la surface d'échange.
A titre d'exemple, un composant de 480 μιη d'épaisseur comporte une âme d'alliage d'aluminium de type 3916 et de 360μιη d'épaisseur, une couche protectrice d'alliage d'aluminium de type 1050 de 48μιη d'épaisseur et deux couches de métal d'apport (une par face) de type 4343 et de 36μιη d'épaisseur (soit en pourcentage, 75% pour l'âme, 10% pour la couche protectrice et 7,5% pour chaque couche de métal d'apport). La résistance mécanique du composant est de 130MPa.
Un autre exemple est un composant de 400 μιη d'épaisseur comporte une âme d'alliage d'aluminium de 300μιη d'épaisseur, une couche protectrice d'alliage d'aluminium de type 1050 de 40μιη d'épaisseur et deux couches de métal d'apport (une par face) de type 4343 et de 30μιη d'épaisseur (soit en pourcentage, 75% pour l'âme, 10% pour la couche protectrice et 7,5% pour chaque couche de métal d'apport). La résistance mécanique du composant est de 156 MPa.
Un troisième exemple est un composant de 400 μιη d'épaisseur comporte une âme d'alliage d'aluminium de 260μιη d'épaisseur, deux couches protectrices d'alliage d'aluminium de type 1050 de 40μιη d'épaisseur (une par face) et deux couches de métal d'apport (une par face) de type 4343 et de 30μιη d'épaisseur (soit en pourcentage, 65% pour l'âme, 10% pour chaque couche protectrice et 7,5% pour chaque couche de métal d'apport). La résistance mécanique du composant est de 180MPa.
Pour chaque exemple le produit de la résistance mécanique par l'épaisseur de l'âme après brasage est de 46800MPa^m.
En variante aux modes de réalisation décrits, on prévoit que le composant, tube ou plaque est obtenu sous la forme d'un sandwich multicouche laminé. Des variantes de réalisations englobent les différentes combinaisons que l'on peut obtenir en prévoyant une couche protectrice sur une seule face, une couche protectrice sur chaque face, une couche de métal d'apport sur une seule face, une couche de métal d'apport sur chaque face. La présence ou non d'une couche de métal d'apport est notamment liée au besoin né de la présence ou non d'intercalaires entre les tubes ou de turbulateurs dans les tubes.
Selon un autre mode de réalisation, le composant revendiqué (tube ou plaque) comporte la ou les couches protectrices tandis que ce sont les intercalaires ou perturbateurs disposés entre les tubes ou les plaques (ou des turbulateurs disposés à l'intérieur des tubes) qui possèdent les couches de métal d'apport.
Selon un autre mode de réalisation, le composant selon l'invention est une plaque collectrice comportant une âme en alliage d'aluminium assemblée par brasage avec par exemple des tubes. Cette plaque collectrice comporte une couche protectrice d'aluminium pur disposée sur la surface de l'âme du côté des tubes.
Selon une variante, le composant est la plaque de support 16 de l'échangeur 1 1 . Les tubes 1 et la plaque 16 comportent alors des couches protectrices.
Selon un autre mode de réalisation, l'échangeur de chaleur selon l'invention comporte un premier circuit dans lequel circule un premier fluide à refroidir par exemple de l'eau glycolée, au moyen d'un deuxième fluide fluide, par exemple de l'air. Les tubes ou les plaques de l'échangeur comportent des couches protectrices seulement sur les surfaces appartenant au premier circuit. La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté mais englobe toute variante d'exécution.

Claims

Revendications
1. Composant brasable pour la circulation d'un fluide dans un échangeur de chaleur, en particulier pour véhicule automobile, comportant une âme (4, 104) en alliage d'aluminium, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une couche protectrice (8, 108) d'aluminium pur disposée contre l'âme (4, 104).
2. Composant selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la couche protectrice (8, 108) comporte un pourcentage massique d'aluminium supérieur ou égal à 99,5%.
3. Composant selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'âme présente une première surface sur laquelle s'étend uniformément la couche protectrice (8, 108).
4. Composant selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'âme présente une seconde surface, opposée à la première surface, et en ce que le composant comporte une seconde couche protectrice (8, 108) en aluminium pur disposée contre la deuxième surface.
5. Composant selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux couches protectrices (8, 108) ont la même composition.
6. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit de la résistance mécanique après brasage du composant par l'épaisseur de composant est supérieur ou égal à 46800 MPa^m.
7. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur comprise entre 200μιη et 530μιη.
8. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche protectrice (8, 108) est comprise entre 25μιη et 80μηι.
9. Composant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche protectrice (8, 108) est disposée entre l'âme (4, 104) et une couche de métal d'apport (10, 1 10) pour l'assemblage par brasage du composant à un autre composant, le rapport entre l'épaisseur de la couche de métal d'apport (10, 1 10) et l'épaisseur de la couche protectrice (8, 108) étant compris entre 0,3 et
1 .
10. Composant selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de métal d'apport (10, 1 10) représente entre 4% et 10% de l'épaisseur totale.
11. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ce composant est un tube (1 ).
12. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ce composant est une plaque (101 ).
13. Echangeur de chaleur, en particulier pour véhicules automobiles, pour l'échange de chaleur entre un premier fluide circulant dans un premier circuit et un deuxième fluide circulant dans un deuxième circuit distinct du premier circuit, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de composants (1 , 101 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, la surface du composant (1 , 101 ) comportant la couche protectrice appartenant au premier circuit.
14. Echangeur selon la revendication 13, caractérisé en ce que le premier fluide comporte des gaz d'échappement recirculés.
15. Echangeur selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce qu'après brasage, le produit de la résistance mécanique du composant (1 , 101 ) par l'épaisseur de l'âme (4, 104) du composant (1 , 101 ) est supérieur ou égal à 46800 MPa^m.
16. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que les composants sont des plaques (101 ) empilées.
17. Echangeur selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que les composants sont des tubes (1 ) disposés parallèlement.
18. Echangeur selon la revendication 17, caractérisé en ce que les tubes sont séparés par des intercalaires.
19. Echangeur selon l'une des revendications 17 ou 18, caractérisé en ce qu'à l'intérieur des tubes (1 ) sont disposés des perturbateurs.
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