WO2018060626A1 - Faisceau d'échange thermique pour échangeur thermique, échangeur thermique et procédé d'assemblage associés - Google Patents

Faisceau d'échange thermique pour échangeur thermique, échangeur thermique et procédé d'assemblage associés Download PDF

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WO2018060626A1
WO2018060626A1 PCT/FR2017/052633 FR2017052633W WO2018060626A1 WO 2018060626 A1 WO2018060626 A1 WO 2018060626A1 FR 2017052633 W FR2017052633 W FR 2017052633W WO 2018060626 A1 WO2018060626 A1 WO 2018060626A1
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WO
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tubes
heat exchange
exchange bundle
plate
bundle
Prior art date
Application number
PCT/FR2017/052633
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English (en)
Inventor
Xavier Marchadier
Rémi TOURNOIS
Fabien BIREAUD
Valériane HIDDEN
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques filed Critical Valeo Systemes Thermiques
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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
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0229—Double end plates; Single end plates with hollow spaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding
    • 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
    • F28F2275/045—Fastening; Joining by brazing with particular processing steps, e.g. by allowing displacement of parts during brazing or by using a reservoir for storing brazing material

Definitions

  • the invention relates to the field of heat exchangers, especially for motor vehicles.
  • the invention relates more particularly to a heat exchange bundle for such a heat exchanger.
  • the invention also relates to a method of assembling a heat exchanger comprising such a heat exchange bundle.
  • Heat exchangers conventionally comprise a heat exchange bundle with a plurality of tubes and at least one, generally two manifolds or boxes for dispensing a fluid.
  • each manifold comprises at least two parts: a collector plate receiving the ends of the tubes and a cover that caps the collector plate to at least partially close the collector box.
  • Interlayers or fins may also be provided between the tubes to improve heat exchange.
  • Brazed heat exchangers are known, that is to say whose various elements are permanently fixed to each other by a soldering operation.
  • the various elements of a heat exchanger are metallic, for example aluminum or aluminum alloy, and can be assembled and soldered by passing through a brazing furnace, to ensure the joining of all the elements. .
  • the tubes can be made respectively from a single metal strip and the sealing of each tube can be provided by brazing or welding.
  • the tubes by folding the metal strip on itself in order to define two parallel channels, possibly substantially identical section, separated by a spacer.
  • the spacer results from the joining of two edges of the strip which are each folded substantially at right angles and which abut on a flat face facing the two channels.
  • This spacer also called a leg, improves the resistance of the tube to the internal pressure.
  • folded tube In this case it is referred to as folded tube, and the cross section of such folded tube is generally substantially "B".
  • the tube is closed along one of its faces, usually a small face, by covering two layers of the metal strip. We also talk about stapled tube.
  • the tubes can be arranged with a tight pitch, for example of the order of 6 mm.
  • the increase in the number of tubes of the heat exchange bundle makes it possible to improve the performance of the so-called brazed heat exchangers.
  • the high furnace temperatures can change the geometry of the tubes and the heat exchange bundle, including the pitch between the tubes.
  • the tubes are assembled and brazed to the collector plate of each header box, the collector plates then ensuring the positioning of the tubes during the soldering operation.
  • the heat exchangers are subjected to many stresses and thermal variations during the various operating cycles.
  • phenomena of expansion and shrinkage related to temperature variations can occur, particularly at the level of the connections between the collector plate and the tubes.
  • These connections being rigid in a brazed heat exchanger, this does not compensate for such phenomena of expansion and retraction. Over time, these bonds weaken and breaks and consequently leakage of the fluid can occur.
  • Another known assembly technology of the heat exchanger is a mechanical technology, namely at ambient temperature, for example by crimping, flaring, clipping or other mechanical connection.
  • the tubes are assembled to each manifold plate by flaring their ends so as to compress a seal between the ends of the tubes and the collector plate. This seal makes it possible to compensate for the phenomena of expansion and retraction that may occur.
  • Such a mechanical assembly therefore reduces the risk of leakage of the fluid.
  • the tubes are of lower density than in a brazed heat exchanger, the number of tubes passing through the header plate being limited by the thickness of the flanges generally bordering the openings of each header plate. This results in a lower thermal performance in a mechanical assembly heat exchanger compared to a brazed heat exchanger for an equivalent size.
  • the invention therefore aims to at least partially overcome these problems of the prior art by ensuring the positioning of the tubes during assembly of the heat exchanger.
  • the subject of the invention is a heat exchange bundle for a heat exchanger, particularly a motor vehicle, said bundle being assembled by brazing and comprising a plurality of tubes.
  • said bundle further comprises at least one holding plate assembled at the ends of the tubes, said at least one holding plate being configured to hold the tubes and to ensure the pitch between the tubes during the brazing operation of the bundle heat exchange.
  • Such a holding plate ensures the proper positioning and in particular the pitch of the heat exchange tubes during soldering of the heat exchange bundle.
  • the heat exchange bundle may further comprise one or more of the following features, taken separately or in combination:
  • said at least one holding plate has a plurality of openings respectively receiving one end of a tube of the heat exchange bundle, so as to calibrate the pitch between the tubes;
  • the tubes extend longitudinally and said at least one holding plate extends transversely to the longitudinal axis of the tubes;
  • said at least one holding plate has a thickness of less than 1 mm
  • said at least one holding plate is substantially planar
  • said at least one holding plate is made of a metallic material, for example aluminum or aluminum alloy;
  • the invention also relates to a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, comprising:
  • a brazed heat exchange beam as defined above comprising a plurality of tubes and at least one holding plate, and
  • At least one collector box comprising a collector plate traversed by the ends of the tubes
  • said at least one holding plate is distinct from the plate collecting.
  • the heat exchange bundle is mechanically assembled to said at least one manifold, so that the ends of the tubes of the heat exchange bundle open into said at least one manifold.
  • the tubes are not brazed with a collector plate of the collector box unlike the solutions of the prior art, but the holding plate ensures positioning and the pitch between the tubes during the soldering operation.
  • such a heat exchanger optimizes thermal performance while reducing the risk of leakage.
  • said at least one manifold comprises a compressible seal arranged at least partially on the collector plate and around the ends of the tubes opening into the collector box, and the heat exchange bundle is mechanically assembled to the header plate by expanding the ends of the tubes to compress the seal.
  • the invention also relates to a method for assembling a heat exchanger comprising:
  • a heat exchange bundle comprising a plurality of tubes
  • At least one manifold comprising a header plate and a seal.
  • said method comprises the following steps:
  • the assembly method comprises an additional step in which at least one of said at least one plate is removed. maintenance after the soldering operation and before assembly to the collector plate.
  • FIG. 1 is a sloping top-to-bottom view of a heat exchanger according to a first embodiment partly showing a heat exchange bundle and a collecting box,
  • FIG. 2a is a cross-sectional view of a folded tube for a heat exchanger
  • FIG. 2b is a cross-sectional view of a stapled tube for a heat exchanger
  • FIG. 3 is a perspective view of the heat exchange bundle of the heat exchanger of FIG. 1;
  • FIG. 4 is an enlarged portion of FIG. 3;
  • FIG. 5 is a sectional view schematically showing a step of assembling the heat exchange bundle of FIGS. 3 and 4 with a header plate and a seal,
  • FIG. 6a is a sectional view schematically and partially showing the heat exchange bundle of FIGS. 3 and 4 after assembly with a collecting box;
  • FIG. 6b is a perspective view partially showing the heat exchange bundle of FIGS. 3 and 4 after assembly with a collecting box
  • FIG. 7 is a perspective view partially showing a heat exchanger according to a second embodiment
  • FIG. 8 is a perspective view of a collecting plate of a collecting box of the heat exchanger according to the second embodiment
  • FIG. 9a is a perspective view of a seal of the header box according to the second embodiment.
  • FIG. 9b is a partial sectional view showing an end of a tube of the heat exchanger according to the second embodiment assembled to the header box before compression of the seal of FIG. 9a;
  • FIG. 10a is a perspective view of a lower face of an inner plate of the header box according to the second embodiment
  • FIG. 10b is a perspective view of a portion of an upper face of the plate internal of the collector box according to the second embodiment.
  • the invention relates to a heat exchanger 1 for a motor vehicle, such as a radiator.
  • a heat exchanger 1 conventionally comprises:
  • a heat exchange bundle comprising a plurality of tubes 11, arranged in one or more rows of tubes 11, and
  • At least one manifold 20 generally two manifolds 20 (only one being visible in Figure 1), each manifold 20 comprising a header plate 21 through which the tubes 11, and a cover 23 intended to be fixed on the collector plate 21 to at least partially close the manifold 20.
  • the heat exchange bundle 10 is assembled by brazing, that is to say that the various elements are assembled together and then brazed by passing through a brazing furnace, to ensure the joining of all the elements of the bundle
  • the various elements of the heat exchange bundle 10 are made of metal, preferably aluminum or aluminum alloy.
  • the tubes 11 can extend longitudinally and be mounted between two manifolds 20, through the manifold plates 21 arranged transversely with respect to the tubes 11 and through which the ends of the tubes 11 pass through.
  • the manifold or boxes 20 can distribute a first fluid to the tubes 11 or collect the first fluid having traveled through these tubes 11.
  • the tubes 11 are therefore intended to be traversed by the first fluid.
  • each manifold 20 comprises a seal 25. More specifically, it is a compressible seal 25 intended to be arranged at least partially on the header plate 21 and around ends of the tubes 11 opening into the manifold 20 to the assembly of the heat exchanger 1.
  • the tubes 11 are advantageously made in the form of flat tubes
  • the tubes 11 of the heat exchange bundle can be made from a strip or sheet metal.
  • the sealing of each tube 11 can be provided by soldering.
  • the tubes 11 are formed by folding, this is called “folded tube” (see Figure 2a), or they can be stapled (see Figure 2b) or it can be electro-welded tubes.
  • the ends of the tubes 11 are of substantially elongated section, in the illustrated example.
  • the ends of the tubes 11 are of substantially oval or oblong section so as to increase the resistance of the tubes 11.
  • the cross section of a tube 11 may have two parallel fluid circulation channels juxtaposed 111 and separated by at least one partition 113, also called leg forming spacer.
  • partition 113 also called leg forming spacer.
  • each tube 11 may have a substantially "B" cross section.
  • any other type of folding can be provided.
  • other sections may be provided, for example of substantially oblong shape defining a single channel 111 of fluid circulation, as illustrated in the example of Figure 2b.
  • the tubes 11 extend longitudinally along a longitudinal axis L T.
  • brazed heat exchange bundle 10 (FIG. 1) can be mechanically assembled to the or each manifold 20.
  • the tubes 11 are mechanically assembled to each manifold 20.
  • the heat exchanger 1 is then called a mechano-brazed exchanger.
  • the tubes 11 are not brazed with each collector plate 21, unlike the known brazed exchanger solutions, but are assembled and then soldered with holding plates 17 distinct from the collector plates 21, the holding plates 17 being better visible in Figures 3 and 4, and described in more detail later.
  • the brazed heat exchange bundle 10 is thus assembled to each header box 20 (FIGS. 5 to 6b) so that the ends of the tubes 11 pass respectively through an associated collecting plate 21, as can be seen more clearly in FIGS. 1 and 6a.
  • the ends of the tubes 11 opening into each manifold 20 are then deformed plastically.
  • the mechanical assembly is done by expansion or flaring of the ends of the tubes 11.
  • the ends of the tubes 11 are flared so as to bear on the seal 25.
  • the flares 115 on the peripheries of the ends of the tubes 11 thus form bearing areas on the seal 25.
  • the flaring is carried out in a localized manner, that is to say that the flaring is not performed on the entire periphery of the end of a tube 11. In other words, the flaring is carried out on one or more portions of the end of the tube 11.
  • the ends of the tubes 11 may have:
  • the local flares 115, 117 make it possible to compress and hold in place the gasket 25 in order to guarantee the seal between the collector plate 21 and the tubes 11.
  • flares 115, 117 are formed on the portions of tubes 11 opening into the manifold to the holding plate 17.
  • the heat exchanger 1 may advantageously comprise one or more locking members (not shown) arranged at the end of one or more tubes 11 so as to maintain the outer flare (s) 115, and thus maintain the compression of the seal sealing 25.
  • the heat exchange bundle 10 further comprises in this example tabs 13 (see Figures 1 and 3 to 6b), for example of substantially undulating shape, separating the tubes 11 from each other, and intended to be crossed by a second fluid for a heat exchange with the first fluid for passing through the tubes 11.
  • the disturbance generated by the presence of these spacers 13 facilitates heat exchange between the two fluids.
  • the spacers 13 are for example brazed to the tubes 11 at the vertices of their corrugations. These spacers 13 are well known to those skilled in the art and are not described in more detail herein.
  • the heat exchange bundle 10 may furthermore comprise two lateral cheeks 15 (see FIGS. 1 and 3 to 6b) on either side of the plurality of tubes 11, in this example on either side of the stack. alternating tubes 11 and tabs 13, along the transverse axis T (see Figure 3).
  • the lateral cheeks 15 may respectively comprise means for fixing the cover 23 of the manifold box 20, as illustrated in the variant of FIG. 1. These are mechanical fastening means such as crimping tabs 151 configured to be folded on the cover 23 to the assembly of the heat exchange bundle 10 to the manifold 20. These mechanical fastening means between the side cheeks 15 and the cover 23 make it possible to lock the mechanical assembly between the heat exchange bundle 10 and the manifold 20.
  • the heat exchange bundle 10 further comprises at least one holding plate 17, to which the ends of the tubes 11 are brazed.
  • a holding plate 17 does not belong to the manifold 20.
  • the heat exchange bundle 10 comprises two holding plates 17, one at each end of the heat exchange bundle along the longitudinal axis Lj.
  • the holding plates 17 are assembled at the longitudinal ends of the tubes 11 of the heat exchange bundle 10.
  • the holding plates 17 are made of a metallic material, for example aluminum or aluminum alloy.
  • Each holding plate 17 extends along the transverse axis T, substantially transversely to the longitudinal axis L T of the tubes 11.
  • Each holding plate 17 has a plurality of openings 171 designated by the dashed arrows in FIGS. 3 and 4, so that the ends of the tubes 11 pass through.
  • the openings 171 are advantageously distributed in a constant pitch.
  • the holding plates 17 make it possible to calibrate the positioning of the tubes 11, that is to say that they make it possible to guarantee the positioning of the tubes 11, and therefore the pitch between the tubes 11 during the soldering operation.
  • the holding plates 17 also hold the tubes 11 substantially straight during the soldering operation. The holding plates 17 are thus brazed with the tubes 11 during this brazing operation.
  • This calibration makes it possible to guarantee the tube pitch 11 in view of the step of assembling the heat exchange bundle 10 with the collecting boxes 20, in particular with the subassemblies each comprising a header plate 21 and a seal 25.
  • each holding plate 17 is a thin or thin plate, that is to say having a thickness of less than 1 mm. Due to its small thickness, the holding plate 17 has no effect with respect to the heat shock stresses applied to the heat exchange bundle 10.
  • the holding plate 17 can remain assembled to the rest of the heat exchange bundle 10 after the brazing operation and be assembled to the manifold 20. In this case, the holding plates 17 further guarantee the pitch between the tubes 11 after the brazing operation.
  • the holding plates 17 can be removed after the brazing operation and before the assembly of the heat exchange bundle 1 to the manifolds 20.
  • the holding plates 17 can be at least partially scored, for example automatically after soldering or with the aid of simple tools.
  • each holding plate 17 is devoid of structural reinforcement or rib.
  • the holding plates 17 also do not have raised edges nor depressing material.
  • the holding plates 17 are, in the example of FIGS. 3 and 4, dimensioned so as to project from either side of the lateral cheeks 15 of the heat exchange bundle 10.
  • the lateral cheeks 15 are also brazed on the holding plates 17 during the soldering operation 17.
  • the holding plates 17 do not protrude on either side of the lateral cheeks 15 along the transverse axis T (visible in Figure 3).
  • the lateral cheeks 15 advantageously comprise the mechanical fastening means, such as the crimping tabs 151 configured to be folded down on the cover 23 to the assembly of the heat exchange bundle 10 to the manifold 20, so that to lock the mechanical assembly between the heat exchange bundle 10 and the header box 20, as described above.
  • Collector box such as the crimping tabs 151 configured to be folded down on the cover 23 to the assembly of the heat exchange bundle 10 to the manifold 20, so that to lock the mechanical assembly between the heat exchange bundle 10 and the header box 20, as described above.
  • a plurality of openings 211 are provided on the manifold plate 21 for the passage of the ends of the tubes 11 of the heat exchange bundle 10.
  • the shape of these openings 211 is complementary to the shape of the ends of the tubes 11 before flaring, the openings 211 are respectively substantially elongated section.
  • openings 211 are substantially oblong, and extend longitudinally substantially transversely to the longitudinal axis of the tubes 11 in the assembled state of the heat exchanger 1.
  • the manifold plate 21 further comprises fixing means 213 to the lid 23, for example mechanical, such as crimping tabs that can be folded on the cover 23.
  • the header plate 21 has a peripheral edge 215, for example folded, having these fastening means 213.
  • the header plate 21 has a bottom 217 in which are formed the openings 211 and relative to which the peripheral edge 215 is raised.
  • the bottom 217 may have collars 218 to facilitate the insertion of the tubes 11.
  • the collector plate 21 further comprises, according to the first embodiment illustrated, a peripheral groove 219 for receiving at least a portion of the seal 25 This peripheral groove 219 connects the bottom 217 and the raised peripheral edge 215.
  • the lid 23 may be made of plastic. In this case, it is the seal 25 which provides a tight connection between the cover 23 and the collector plate 21.
  • the lid 23 has a cover foot 231 intended to be fixed to the header plate 21, for example by means of the crimping tabs 213 of the header plate 21 which are crimped onto the cover foot 231 at the assembly (see FIG. Figures 1 and 6a, 6b).
  • cover foot the lower portion of the cover 23 which is on the side of the heat exchange bundle 10 assembly.
  • the cover foot 231 then bears against the seal 25, more precisely against a peripheral portion of the seal 25, between the cover 23 and the collector plate 21 during crimping.
  • seal 25 it is for example made of elastomer such as an ethylene-propylene-diene monomer known under the acronym EPDM.
  • the seal 25 comprises according to the first embodiment: a peripheral part 251 shaped to follow the periphery of the collecting plate 21 so as to seal between the cover 23 and the collecting plate 21, and
  • a plurality of inverted flanges 255 extending in the direction of the heat exchange bundle 10 in the assembled state of the heat exchanger 1, and delimiting openings 254 adapted to receive the ends of the tubes 11 at the assembly of the heat exchange bundle 10 to the manifold box 20.
  • the inverted collars 255 extend through the openings 211 of the collector plate 21 when the seal 25 is arranged on the collector plate 21 as is best seen in FIG. 5.
  • the inverted collars 255 extend in a direction as shown in FIG. direction parallel to the longitudinal axis of the tubes 11 in the assembled state of the heat exchanger 1.
  • the inverted collars 255 extend in the direction opposite to the insertion direction of the tubes 11 in the collector plate 21.
  • the inverted collars 255 are flexible and adapt to the shape of the tubes 11 and the openings 211 of the collector plate 21.
  • the seal 25 provides a flexible connection between the collector plate 21 and the tubes 11, this makes it possible to absorb the stresses of deformation related to the thermal expansion.
  • the seal 25 further comprises in this example a base 257 (see FIG. 1), from which the inverted collars 255 extend.
  • the base 257 connects the peripheral portion 251 to the inverted collars 255.
  • a second embodiment, illustrated in Figures 7 to 10b, differs in particular from the first embodiment in that the manifold 20 further comprises an inner plate 27 separate from the header plate 21 ( Figure 8), and arranged at less in part against the seal 25 (Figs. 9a, 9b) so as to maintain the seal 25 around the ends of the tubes 11 in the assembled state of the heat exchanger 1.
  • the seal of 25 is compressed between the ends of the heat exchange tubes 11 and the inner plate 27, in the assembled state of the heat exchanger 1.
  • the heat exchange bundle 10 as described with reference to the first embodiment is identical for this second embodiment.
  • the header plate 21 (FIG. 8) is substantially planar and without a collar, more specifically it comprises a substantially planar bottom 217 without a collar, in which the openings 211 are formed and with respect to which the Perimeter border 215 is elevated.
  • the seal 25 (FIGS. 9a, 9b) further comprises a plurality of standard collars 253 extending in the direction of the cover 23 to the assembly of the manifold box 20, in the extension and opposite the inverted collars 255. These standard collars 253 are received in the inner plate 27 to the assembly of the manifold 20.
  • the standard flanges 253 also delimit the openings 254 and are adapted to receive the ends of the tubes 11 at the assembly of the heat exchange bundle 10 at the manifold 20.
  • the shape of the standard flanges 253 is complementary to that of the ends of the tubes 11, for example the standard collars 253 have, in cross section, a substantially oblong shape before assembly of the manifold 20
  • the standard collars 253 are flexible and are intended to be compressed during expansion of the ends of the tubes 11, so as to ensure sealing between the tubes 11 and the collector plate 21.
  • the plate 27, visible in Figures 7, 9b, 10a and 10b) is called "internal plate” because of its arrangement in the interior of the manifold box 20 defined between the header plate 21 and the cover 23.
  • This inner plate 27, better visible in Figures 10a, 10b, for example of generally parallelepipedal general shape, can be made of plastic.
  • the inner plate 27 comprises a plurality of openings 271 for receiving the ends of the tubes 11 and the seal 25 around the ends of the tubes 11, more precisely the standard collars 253 of the seal 25.
  • Such an inner plate 27 has the advantage of limiting the propagation of the flare on the rest of the tubes 11.
  • the shape of the openings 271 is adapted to the shape of the standard flanges 253 and the ends of the tubes 11. In this example, the openings 271 are substantially oblong.
  • the inner plate 27 is substantially planar.
  • the inner plate 27 has a lower face 27a shown in FIG. 10a intended to be arranged facing the base 257 of the seal 25 and an opposite upper face 27b, shown in FIG. 10b, intended to be arranged opposite the cover 23, the assembly of the manifold 20.
  • the base 257 of the seal 25 is interposed between the inner plate 27 (its lower face 27a) and the header plate 21 (see Figure 9b).
  • the inner plate 27 thus forms a collecting plate opposite cooperating with the header plate 21 to maintain the seal 25.
  • the inner plate 27 may have local deformations 273 around the openings 271, for example on the upper face 27b.
  • the ends of the tubes 11 are flared so as to match the shape of the edges defining the openings 271 of the inner plate 27.
  • the outer flares 115 of the tubes 11 then compress the seal 25, more precisely the standard collars 253, against the inner plate 27.
  • the inner plate 27 and the seal 25 may be two separate parts or alternatively be made in one piece, for example by co-molding.
  • the method comprises a step of assembling the heat exchange bundle 10 followed by a brazing step of the heat exchange bundle 10 by passing through a dedicated furnace.
  • tubes 11 are stacked. According to the embodiments shown, tubes 11 and interleaves 13 are stacked alternately.
  • two side cheeks 15 are assembled on either side of the stack of tubes 11 and spacers 13, along the transverse axis T. Then, the tubes 11 are assembled with at least one holding plate 17. According to the examples described, two holding plates 17 are assembled on either side of the heat exchange bundle 10 along the longitudinal axis L T.
  • the heat exchange bundle 10 thus assembled can be brazed.
  • the holding plates 17 guarantee the geometry and spacing of the tubes 11 for the next assembly step after the soldering operation.
  • the method may comprise an optional step in which the holding plates 17 are at least partially removed.
  • a seal 25 is provided on a manifold plate 21, so that the inverted flanges 255 of the seal 25 are inserted into the openings 211 of the manifold plate 21 ( see Figure 5).
  • An inner plate 27 for a heat exchanger 1 according to the second embodiment is then optionally available, so that the standard flanges 253 of the gasket 25 extend through the openings 271 of the inner plate 27. If the gasket 25 and the inner plate 27 are made in one piece, there is this single piece forming both the seal 25 and the inner plate 27 in one step.
  • the brazed heat exchange bundle 10 is assembled at each end to the subassembly comprising a header plate 21, a seal 25, and possibly the internal plate 27.
  • the ends heat exchange tubes 11 of the heat exchange bundle 10 are inserted through the collector plate 21 and the seal 25, so that the seal 25 is arranged around the protruding ends of the tubes 11.
  • the ends of the tubes 11 are flared, for example a first time thus forming an internal flare 117 (visible in Figure 6a) so as to compress the seal
  • the ends of the tubes 11 are advantageously flared again thus forming one or more external flares 115 so as to compress the seal 25, more precisely its standard collars 253, against the inner plate. 27.
  • the cover 23 (see FIGS. 6a, 6b) is placed in such a way that the cover foot 231 is housed in the space delimited by the raised peripheral edge 215 of collecting plate 21 while coming on the peripheral part 251 of the seal 25.
  • the lid 23 is joined to the rest of the heat exchanger 1, for example by crimping by folding the crimping tabs 213 of the collecting plate 21 and possibly by folding the crimping tabs 151 of the lateral cheeks 15 of the soldering heat exchange bundle 10 according to the variant of Figure 1, which ensures the compression of the seal 25, more precisely of its peripheral portion 251.
  • the holding plates 17 assembled at the two ends of the heat exchange bundle 10 ensure the positioning of the tubes 11 during the brazing process and facilitate the subsequent assembly between the brazed heat exchange bundle 10 and the collector plate 11 and the seal 25.

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Abstract

L 'invention concerne un faisceau d'échange thermique (10) pour échangeur thermique (1) notamment de véhicule automobile, ledit faisceau (10) étant assemblé par brasage et comprenant une pluralité de tubes (11). Selon l'invention, ledit faisceau (10) comporte en outre au moins une plaque de maintien (17) assemblée aux extrémités des tubes (11), ladite au moins une plaque de maintien (17) étant configurée pour maintenir les tubes (11) et assurer le pas entre les tubes (11) pendant l'opération de brasage du faisceau d'échange thermique (10). L 'invention concerne également un échangeur thermique comprenant un tel faisceau d'échange thermique (10) et un procédé d'assemblage correspondant.

Description

Faisceau d'échange thermique pour échangeur thermique, échangeur thermique et procédé d'assemblage associés
L'invention se rapporte au domaine des échangeurs thermiques, notamment pour véhicules automobiles. L'invention concerne plus particulièrement un faisceau d'échange thermique pour un tel échangeur thermique. L'invention concerne encore un procédé d'assemblage d'un échangeur thermique comprenant un tel faisceau d'échange thermique.
Les échangeurs thermiques comportent classiquement un faisceau d'échange thermique avec une pluralité de tubes et au moins une, généralement deux boites collectrices ou boîtiers de distribution d'un fluide. De façon connue, chaque boite collectrice comprend au moins deux parties : une plaque collectrice recevant les extrémités des tubes et un couvercle venant coiffer la plaque collectrice pour fermer au moins partiellement la boite collectrice.
Des intercalaires ou ailettes peuvent également être prévus entre les tubes pour améliorer l'échange thermique. On connaît des échangeurs thermiques dits brasés, c'est-à-dire dont les différents éléments sont fixés définitivement les uns aux autres par une opération de brasage. Dans ce cas, les divers éléments d'un échangeur thermique sont métalliques, par exemple en aluminium ou en alliage d'aluminium, et peuvent être assemblés puis brasés par passage dans un four de brasage, pour assurer la solidarisation de l'ensemble des éléments.
La recherche de performances thermiques accrues conduit à utiliser des tubes de section de plus en plus aplatie et allongée.
Les tubes peuvent être réalisés respectivement à partir d'une seule bande métallique et l'étanchéité de chaque tube peut être assurée par brasage ou par soudure.
En particulier, il est connu de réaliser les tubes par repliement de la bande métallique sur elle-même afin de délimiter deux canaux parallèles, éventuellement de section sensiblement identique, séparés par une entretoise. L' entretoise résulte de la réunion de deux bordures de la bande qui sont pliées chacune sensiblement à angle droit et qui viennent en butée sur une face plane en regard commune aux deux canaux. Cette entretoise, aussi appelée jambe, permet d'améliorer la résistance du tube à la pression interne. On parle dans ce cas de tube plié, et la section transversale d'un tel tube plié est généralement sensiblement en « B ».
Selon un autre exemple de réalisation connu de tube à partir d'une bande métallique et dont l'étanchéité est assurée par brasage, le tube est refermé le long de l'une de ses faces, généralement d'une petite face, par recouvrement de deux épaisseurs de la bande métallique. On parle également de tube agrafé.
Avec cette technologie brasée, les tubes peuvent être agencés avec un pas serré, par exemple de l'ordre de 6mm. L'augmentation du nombre de tubes du faisceau d'échange thermique permet d'améliorer les performances des échangeurs thermiques dits brasés.
Cependant, lors du brasage, les températures élevées du four peuvent modifier la géométrie des tubes et du faisceau d'échange thermique, notamment le pas entre les tubes. Habituellement, pour un tel échangeur brasé, les tubes sont assemblés et brasés à la plaque collectrice de chaque boite collectrice, les plaques collectrices assurant alors le positionnement des tubes durant l'opération de brasage.
Par ailleurs, les échangeurs thermiques sont soumis à beaucoup de contraintes et variations thermiques au cours des différents cycles de fonctionnement. En particulier, des phénomènes de dilatation et de rétractation liés aux variations de températures peuvent se produire, notamment au niveau des liaisons entre la plaque collectrice et les tubes. Ces liaisons étant rigides dans un échangeur thermique brasé, cela ne permet pas de compenser de tels phénomènes de dilatation et de rétractation. Au fil du temps ces liaisons s'affaiblissent et des ruptures et en conséquence des fuites du fluide peuvent apparaître.
Une autre technologie d'assemblage connue de l'échangeur thermique est une technologie mécanique, à savoir à température ambiante, par exemple par sertissage, évasage, clipsage ou autre liaison mécanique. En particulier, les tubes sont assemblés à chaque plaque collectrice par évasage de leurs extrémités de façon à comprimer un joint d'étanchéité entre les extrémités des tubes et la plaque collectrice. Ce joint d'étanchéité permet de compenser les phénomènes de dilatation et de rétraction qui peuvent survenir. Un tel assemblage mécanique permet donc de réduire les risques de fuite du fluide.
Toutefois, dans les échangeurs thermiques à assemblage mécanique connus, les tubes sont de moindre densité que dans un échangeur thermique brasé, le nombre de tubes traversant la plaque collectrice étant limité par l'épaisseur des collets bordant généralement les ouvertures de chaque plaque collectrice. Il en résulte une moins bonne performance thermique dans un échangeur thermique à assemblage mécanique par rapport à un échangeur thermique brasé pour un encombrement équivalent. L'invention a donc pour objectif de pallier au moins partiellement ces problèmes de l'art antérieur en garantissant le positionnement des tubes pendant l'assemblage de l'échangeur thermique.
À cet effet, l'invention a pour objet un faisceau d'échange thermique pour échangeur thermique notamment de véhicule automobile, ledit faisceau étant assemblé par brasage et comprenant une pluralité de tubes.
Selon l'invention, ledit faisceau comporte en outre au moins une plaque de maintien assemblée aux extrémités des tubes, ladite au moins une plaque de maintien étant configurée pour maintenir les tubes et assurer le pas entre les tubes pendant l'opération de brasage du faisceau d'échange thermique.
Une telle plaque de maintien garantit le bon positionnement et notamment le pas des tubes d'échange thermique lors du brasage du faisceau d'échange thermique.
Le faisceau d'échange thermique peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison :
- ladite au moins une plaque de maintien présente une pluralité d'ouvertures recevant respectivement une extrémité d'un tube du faisceau d'échange thermique, de façon à calibrer le pas entre les tubes ;
les tubes s'étendent longitudinalement et ladite au moins une plaque de maintien s'étend transversalement par rapport à l'axe longitudinal des tubes ;
- ladite au moins une plaque de maintien présente une épaisseur inférieure à 1mm ;
ladite au moins une plaque de maintien est sensiblement plane ;
ladite au moins une plaque de maintien est réalisée dans un matériau métallique, par exemple en aluminium ou en alliage d'aluminium ;
ladite au moins une plaque de maintien est au moins partiellement sécable. L'invention concerne aussi un échangeur thermique, notamment pour véhicule automobile, comportant :
un faisceau d'échange thermique brasé tel que défini précédemment comprenant une pluralité de tubes et au moins une plaque de maintien, et
au moins une boite collectrice comportant une plaque collectrice traversée par les extrémités des tubes,
caractérisé en ce que ladite au moins une plaque de maintien est distincte de la plaque collectrice.
Selon un aspect de l'invention, le faisceau d'échange thermique est assemblé mécaniquement à ladite au moins une boite collectrice, de sorte que les extrémités des tubes du faisceau d'échange thermique débouchent dans ladite au moins une boite collectrice.
Avec un tel assemblage mécanique entre le faisceau d'échange thermique et la boite collectrice, les tubes ne sont pas brasés avec une plaque collectrice de la boite collectrice contrairement aux solutions de l'art antérieur, mais la plaque de maintien permet de garantir le positionnement et le pas entre les tubes pendant l'opération de brasage.
En outre, un tel échangeur thermique permet d'optimiser les performances thermiques tout en réduisant les risques de fuite.
Selon un autre aspect de l'invention, ladite au moins une boite collectrice comporte un joint d'étanchéité compressible agencé au moins partiellement sur la plaque collectrice et autour des extrémités des tubes débouchant dans la boite collectrice, et le faisceau d'échange thermique est assemblé mécaniquement à la plaque collectrice par expansion des extrémités des tubes de façon à comprimer le joint d'étanchéité.
L'invention concerne encore un procédé d'assemblage d'un échangeur thermique comportant :
- un faisceau d'échange thermique comprenant une pluralité de tubes, et
au moins une boite collectrice comprenant une plaque collectrice et un joint d'étanchéité.
Selon l'invention, ledit procédé comprend les étapes suivantes :
empilement d'une pluralité de tubes,
assemblage des tubes à au moins une plaque de maintien,
- brasage du faisceau d'échange thermique comprenant les tubes et ladite au moins une plaque de maintien,
- assemblage des extrémités des tubes du faisceau d'échange thermique brasé de manière à traverser la plaque collectrice et le joint d'étanchéité de ladite au moins une boite collectrice, et
expansion des extrémités des tubes d'échange thermique de façon à comprimer le joint d'étanchéité autour des extrémités des tubes.
Selon un aspect de l'invention, le procédé d'assemblage comprend une étape supplémentaire dans laquelle on enlève au moins partiellement ladite au moins une plaque de maintien après l'opération de brasage et avant l'assemblage à la plaque collectrice.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue en tranche de haut en bas d'un échangeur thermique selon un premier mode de réalisation montrant en partie un faisceau d'échange thermique et une boite collectrice,
- la figure 2a est une vue en coupe transversale d'un tube plié pour échangeur thermique, - la figure 2b est une vue en coupe transversale d'un tube agrafé pour échangeur thermique,
- la figure 3 est une vue en perspective du faisceau d'échange thermique de l'échangeur thermique de la figure 1,
- la figure 4 est une portion agrandie de la figure 3,
- la figure 5 est une vue en coupe représentant de façon schématique une étape d'assemblage du faisceau d'échange thermique des figures 3 et 4 avec une plaque collectrice et un joint d'étanchéité,
- la figure 6a est une vue en coupe représentant de façon schématique et partielle le faisceau d'échange thermique des figures 3 et 4 après assemblage avec une boite collectrice,
- la figure 6b est une vue en perspective montrant partiellement le faisceau d'échange thermique des figures 3 et 4 après assemblage avec une boite collectrice,
- la figure 7 est une vue en perspective montrant de façon partielle un échangeur thermique selon un deuxième mode de réalisation,
- la figure 8 est une vue perspective d'une plaque collectrice d'une boite collectrice de l'échangeur thermique selon le deuxième mode de réalisation,
- la figure 9a est une vue en perspective d'un joint d'étanchéité de la boite collectrice selon le deuxième mode de réalisation,
- la figure 9b est une vue en coupe partielle montrant une extrémité d'un tube de l'échangeur thermique selon le deuxième mode de réalisation assemblé à la boite collectrice avant compression du joint d'étanchéité de la figure 9a,
- la figure 10a est une vue en perspective d'une face inférieure d'une plaque interne de la boite collectrice selon le deuxième mode de réalisation,
- la figure 10b est une vue en perspective d'une portion d'une face supérieure de la plaque interne de la boite collectrice selon le deuxième mode de réalisation.
Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d'autres réalisations.
Dans la description, on peut indexer certains éléments, comme par exemple premier élément ou deuxième élément. Dans ce cas, il s'agit d'un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments proches mais non identiques. Cette indexation n'implique pas une priorité d'un élément par rapport à un autre et on peut aisément interchanger de telles dénominations sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n'implique pas non plus un ordre dans le temps. Échangeur thermique
L'invention concerne un échangeur thermique 1 pour véhicule automobile, tel qu'un radiateur.
Comme cela est partiellement illustré sur la figure 1, un échangeur thermique 1 comprend classiquement :
- un faisceau d'échange thermique 10 comprenant une pluralité de tubes 11, agencés selon une ou plusieurs rangées de tubes 11, et
- au moins une boite collectrice 20, généralement deux boites collectrices 20 (une seule étant visible sur la figure 1), chaque boite collectrice 20 comprenant une plaque collectrice 21 traversée par les tubes 11, et un couvercle 23 destiné à venir se fixer sur la plaque collectrice 21 pour fermer au moins partiellement la boite collectrice 20.
Le faisceau d'échange thermique 10 est assemblé par brasage, c'est-à-dire que les différents éléments sont assemblés entre eux puis brasés par passage dans un four de brasage, pour assurer la solidarisation de l'ensemble des éléments du faisceau d'échange thermique 10. À cet effet, les divers éléments du faisceau d'échange thermique 10 sont métalliques, de préférence en aluminium ou en alliage d'aluminium. Les tubes 11 peuvent s'étendre longitudinalement et être montés entre deux boites collectrices 20, par l'intermédiaire des plaques collectrices 21 disposées transversalement par rapport aux tubes 11 et respectivement traversées par les extrémités des tubes 11.
La ou les boites collectrices 20 permettent de distribuer un premier fluide vers les tubes 11 ou de collecter le premier fluide ayant parcouru ces tubes 11. Les tubes 11 sont donc destinés à être traversés par le premier fluide.
Selon les modes de réalisation décrits, chaque boite collectrice 20 comporte un joint d'étanchéité 25. Plus précisément, il s'agit d'un joint d'étanchéité 25 compressible destiné à être agencé au moins partiellement sur la plaque collectrice 21 et autour des extrémités des tubes 11 débouchant dans la boite collectrice 20 à l'assemblage de l'échangeur thermique 1.
Premier mode de réalisation
En référence aux figures 1 à 6b, on décrit un premier mode de réalisation de l'échangeur thermique 1. Faisceau d'échange thermique
Tubes
Les tubes 11 sont avantageusement réalisés sous formes de tubes plats
Les tubes 11 du faisceau d'échange thermique peuvent être réalisés à partir d'une bande ou tôle métallique. L'étanchéité de chaque tube 11 peut être assurée par brasage. Par exemple les tubes 11 sont formés par pliage, on parle alors de « tube plié » (voir figure 2a), ou ils peuvent être agrafés (voir figure 2b) ou encore il peut s'agir de tubes électro-soudés.
Les extrémités des tubes 11 sont de section sensiblement allongée, dans l'exemple illustré. De préférence, les extrémités des tubes 11 sont de section sensiblement ovale ou oblongue de façon à augmenter la résistance des tubes 11.
Comme illustré sur la figure 2a, la section transversale d'un tube 11 peut présenter deux canaux de circulation de fluide parallèles juxtaposés 111 et séparés par au moins une cloison 113, aussi appelée jambe, formant entretoise. Autrement dit, dans cet exemple l'extrémité du tube 11 plié présente deux demi-sections séparées par la jambe 113. A titre d'exemple, chaque tube 11 peut présenter une section transversale sensiblement en « B ». Bien entendu, on peut prévoir tout autre type de pliage. En alternative, on peut prévoir d'autres sections, par exemple de forme sensiblement oblongue définissant un unique canal 111 de circulation de fluide, comme illustré dans l'exemple de la figure 2b.
En référence à la figure 3, les tubes 11 s'étendent longitudinalement selon un axe longitudinal LT.
En outre, le faisceau d'échange thermique 10 brasé (figure 1) peut être assemblé mécaniquement à la ou chaque boite collectrice 20. Pour ce faire, les tubes 11 sont assemblés mécaniquement à chaque boite collectrice 20. L'échangeur thermique 1 est alors appelé un échangeur mécano-brasé.
Dans ce cas, les tubes 11 ne sont pas brasés avec chaque plaque collectrice 21, contrairement aux solutions connues d'échangeur brasé, mais sont assemblées puis brasées avec des plaques de maintien 17 distinctes des plaques collectrices 21, les plaques de maintien 17 étant mieux visibles sur les figures 3 et 4, et décrites plus en détail par la suite.
Le faisceau d'échange thermique 10 brasé est donc assemblé à chaque boite collectrice 20 (figures 5 à 6b) de sorte que les extrémités des tubes 11 traversent respectivement une plaque collectrice 21 associée, comme cela est mieux visible sur les figures 1 et 6a. Les extrémités des tubes 11 débouchant dans chaque boite collectrice 20 sont ensuite déformées de manière plastique.
L'assemblage mécanique se fait par expansion ou évasage des extrémités des tubes 11. Les extrémités des tubes 11 sont donc évasées de façon à prendre appui sur le joint d'étanchéité 25. Les évasements 115 sur les périphéries des extrémités des tubes 11 forment donc des zones d'appui sur le joint d'étanchéité 25.
De préférence, l'évasage est réalisé de façon localisée, c'est-à-dire que l'évasage n'est pas réalisé sur toute la périphérie de l'extrémité d'un tube 11. Autrement dit, l'évasage est réalisé sur une ou plusieurs portions de l'extrémité du tube 11.
On peut prévoir d'évaser au moins localement les extrémités des tubes 11 uniquement sur la périphérie des extrémités des tubes 11, à savoir du côté débouchant dans le volume intérieur de la boite collectrice 20 à l'état assemblé.
En variante, on peut prévoir d'évaser les extrémités des tubes 11 selon au moins deux sections transversales distinctes des extrémités des tubes 11. En particulier, les extrémités des tubes 11 peuvent présenter :
- d'une part un ou plusieurs évasements 115 dits externes sur la périphérie des extrémités des tubes 11 débouchant dans la boite collectrice 20, c'est-à-dire du côté extérieur du faisceau d'échange thermique 10, et d'autre part un ou plusieurs autres évasements 117 dits internes, réalisés du côté du reste du faisceau d'échange thermique 10, soit du côté intérieur du faisceau d'échange thermique 10.
Les évasements 115, 117 locaux permettent de comprimer et maintenir en place le joint d'étanchéité 25 afin de garantir l'étanchéité entre la plaque collectrice 21 et les tubes 11.
En outre, les évasements 115, 117 sont réalisés sur les portions de tubes 11 débouchant dans la boite collectrice jusqu'à la plaque de maintien 17.
L'échangeur thermique 1 peut avantageusement comprendre un ou plusieurs organes de verrouillage (non représentés) agencés au niveau de l'extrémité d'un ou plusieurs tubes 11 de façon à maintenir le ou les évasements externes 115, et ainsi maintenir la compression du joint d'étanchéité 25.
Intercalaires
Par ailleurs, le faisceau d'échange thermique 10 comprend en outre dans cet exemple des intercalaires 13 (voir figures 1 et 3 à 6b), par exemple de forme sensiblement ondulée, séparant les tubes 11 les uns des autres, et destinés à être traversés par un deuxième fluide pour un échange thermique avec le premier fluide destiné à traverser les tubes 11. La perturbation générée par la présence de ces intercalaires 13 permet de faciliter les échanges thermiques entre les deux fluides. Les intercalaires 13 sont par exemple brasés aux tubes 11 au niveau des sommets de leurs ondulations. Ces intercalaires 13 sont bien connus de l'Homme du métier et ne sont pas décrits plus en détail dans la présente.
Joues
Le faisceau d'échange thermique 10 peut comprendre de plus deux joues latérales 15 (voir figures 1 et 3 à 6b) de part et d'autre de la pluralité de tubes 11, dans cet exemple de part et d'autre de l'empilement alterné de tubes 11 et d'intercalaires 13, selon l'axe transversal T (voir figure 3).
Les joues latérales 15 peuvent comporter respectivement des moyens de fixation au couvercle 23 de la boite collectrice 20, comme cela est illustré sur la variante de la figure 1. Il s'agit de moyens de fixation mécaniques tels que des pattes de sertissage 151 configurées pour être rabattues sur le couvercle 23 à l'assemblage du faisceau d'échange thermique 10 à la boite collectrice 20. Ces moyens de fixation mécanique entre les joues latérales 15 et le couvercle 23 permettent de verrouiller l'assemblage mécanique entre le faisceau d'échange thermique 10 et la boite collectrice 20.
Plaque de maintien
Comme dit précédemment, le faisceau d'échange thermique 10 comporte encore au moins une plaque de maintien 17, à laquelle les extrémités des tubes 11 sont brasées. Une telle plaque de maintien 17 n'appartient pas à la boite collectrice 20. Il s'agit d'une plaque de maintien 17 supplémentaire dans l'échangeur thermique 1, en plus de la plaque collectrice 21.
En se référant en particulier à la figure 3, le faisceau d'échange thermique 10 comprend deux plaques de maintien 17, une à chaque extrémité du faisceau d'échange thermique selon l'axe longitudinal Lj. Autrement dit, les plaques de maintien 17 sont assemblées aux extrémités longitudinales des tubes 11 du faisceau d'échange thermique 10.
Les plaques de maintien 17 sont réalisées dans un matériau métallique, par exemple en aluminium ou en alliage d'aluminium.
Chaque plaque de maintien 17 s'étend selon l'axe transversal T, de façon sensiblement transversale par rapport à l'axe longitudinal LT des tubes 11.
Chaque plaque de maintien 17 présente une pluralité d'ouvertures 171 désignées par les flèches en pointillés sur les figures 3 et 4, de façon à pouvoir être traversée par les extrémités des tubes 11. Les ouvertures 171 sont avantageusement réparties selon un pas constant.
Les plaques de maintien 17 permettent de calibrer le positionnement des tubes 11, c'est-à-dire qu'elles permettent de garantir le positionnement des tubes 11, et donc le pas entre les tubes 11 pendant l'opération de brasage. Les plaques de maintien 17 maintiennent également les tubes 11 sensiblement droits durant l'opération de brasage. Les plaques de maintien 17 sont donc brasées avec les tubes 11 pendant cette opération de brasage.
Ce calibrage permet de garantir le pas de tube 11 en vue de l'étape d'assemblage du faisceau d'échange thermique 10 avec les boites collectrices 20, notamment avec les sous- ensembles comportant chacun une plaque collectrice 21 et un joint d'étanchéité 25.
De plus, chaque plaque de maintien 17 est une plaque fine ou mince, c'est-à-dire présentant une épaisseur inférieure à 1mm. Du fait de sa faible épaisseur, la plaque de maintien 17 n'a pas d'effet par rapport aux contraintes de choc thermique appliquées au faisceau d'échange thermique 10. La plaque de maintien 17 peut rester assemblée au reste du faisceau d'échange thermique 10 après l'opération de brasage et être assemblée à la boite collectrice 20. Dans ce cas, les plaques de maintien 17 garantissent encore le pas entre les tubes 11 après l'opération de brasage.
En alternative, les plaques de maintien 17 peuvent être enlevées après l'opération de brasage et avant l'assemblage du faisceau d'échange thermique 1 aux boites collectrices 20. Pour ce faire, les plaques de maintien 17 peuvent être au moins partiellement sécables, par exemple de façon automatique après brasage ou avec l'aide d'un outillage simple.
Selon le mode de réalisation décrit, il s'agit en outre d'une plaque de maintien 17 sensiblement plane. Chaque plaque de maintien 17 est dépourvue de renfort structurel ou nervure. Avantageusement, les plaques de maintien 17 ne présentent pas non plus de bords surélevés ni d'enfoncement de matière.
De plus, les plaques de maintien 17 sont dans l'exemple des figures 3 et 4 dimensionnées de façon à dépasser de part et d'autre des joues latérales 15 du faisceau d'échange thermique 10. Ainsi, les joues latérales 15 sont également brasées sur les plaques de maintien 17 lors de l'opération de brasage 17.
Selon la variante de réalisation illustrée sur la figure 1, on peut prévoir que les plaques de maintien 17 ne dépassent pas de part et d'autre des joues latérales 15 selon l'axe transversal T (visible sur la figure 3). Dans ce cas, les joues latérales 15 comprennent avantageusement les moyens de fixation mécanique, tels que les pattes de sertissage 151 configurées pour être rabattues sur le couvercle 23 à l'assemblage du faisceau d'échange thermique 10 à la boite collectrice 20, de façon à verrouiller l'assemblage mécanique entre le faisceau d'échange thermique 10 et la boite collectrice 20, tel que décrit précédemment. Boite collectrice
Plaque collectrice
En ce qui concerne la plaque collectrice 21, on se réfère plus particulièrement aux figures 1 et 5 à 6b. Une pluralité d'ouvertures 211 sont ménagées sur la plaque collectrice 21 pour le passage des extrémités des tubes 11 du faisceau d'échange thermique 10. La forme de ces ouvertures 211 est complémentaire à la forme des extrémités des tubes 11 avant évasage, les ouvertures 211 sont respectivement de section sensiblement allongée. Par exemple, les ouvertures 211 sont sensiblement oblongues, et s'étendent longitudinalement de façon sensiblement transversale à l'axe longitudinal des tubes 11 à l'état assemblé de l'échangeur thermique 1.
Selon le mode de réalisation illustré sur les figures 5 à 6b, la plaque collectrice 21 comporte de plus des moyens de fixation 213 au couvercle 23, par exemple mécaniques, tels que des pattes de sertissage susceptibles d'être rabattues sur le couvercle 23. À titre d'exemple, la plaque collectrice 21 présente une bordure périphérique 215, par exemple repliée, présentant ces moyens de fixation 213.
Par ailleurs, selon le mode de réalisation illustré, la plaque collectrice 21 comporte un fond 217 dans lequel sont ménagées les ouvertures 211 et par rapport auquel la bordure périphérique 215 est surélevée. Le fond 217 peut présenter des collets 218 permettant de faciliter l'insertion des tubes 11. La plaque collectrice 21 comporte en outre, selon le premier mode de réalisation illustré, une gorge périphérique 219 pour recevoir au moins une partie du joint d'étanchéité 25. Cette gorge périphérique 219 relie le fond 217 et la bordure périphérique 215 surélevée.
Couvercle
Le couvercle 23 peut être réalisé en plastique. Dans ce cas, c'est le joint d'étanchéité 25 qui assure une liaison étanche entre le couvercle 23 et la plaque collectrice 21.
De plus, le couvercle 23 comporte un pied de couvercle 231 destiné à être fixé à la plaque collectrice 21, par exemple grâce aux pattes de sertissage 213 de la plaque collectrice 21 qui sont serties sur le pied de couvercle 231 à l'assemblage (voir figures 1 et 6a, 6b). On entend par « pied de couvercle », la partie inférieure du couvercle 23 qui se trouve du côté du faisceau d'échange thermique 10 à l'assemblage. Le pied de couvercle 231 vient alors en appui contre le joint d'étanchéité 25, plus précisément contre une partie périphérique du joint d'étanchéité 25, entre le couvercle 23 et la plaque collectrice 21 lors du sertissage.
Joint d'étanchéité
En ce qui concerne le joint d'étanchéité 25, il est par exemple réalisé en élastomère tel qu'un monomère d'éthylène-propylène-diène connu sous le sigle EPDM.
Comme cela est mieux visible sur les figures 1 et 6a, le joint d'étanchéité 25 comprend selon le premier mode de réalisation : - une partie périphérique 251 conformée pour suivre le pourtour de la plaque collectrice 21 de manière à assurer l'étanchéité entre le couvercle 23 et la plaque collectrice 21, et
- une pluralité de collets inversés 255, s'étendant en direction du faisceau d'échange thermique 10 à l'état assemblé de l'échangeur thermique 1, et délimitant des ouvertures 254 propres à recevoir les extrémités des tubes 11 à l'assemblage du faisceau d'échange thermique 10 à la boite collectrice 20.
Les collets inversés 255 s'étendent à travers les ouvertures 211 de la plaque collectrice 21 lorsque le joint d'étanchéité 25 est agencé sur la plaque collectrice 21 comme cela est mieux visible sur la figure 5. Les collets inversés 255 s'étendent selon une direction parallèle à l'axe longitudinal des tubes 11 à l'état assemblé de l'échangeur thermique 1. Les collets inversés 255 s'étendent selon le sens opposé au sens d'insertion des tubes 11 dans la plaque collectrice 21.
Enfin, les collets inversés 255 sont souples et s'adaptent à la forme des tubes 11 et des ouvertures 211 de la plaque collectrice 21. Ainsi, le joint d'étanchéité 25 assure une liaison souple entre la plaque collectrice 21 et les tubes 11, ce qui permet d'absorber les contraintes de déformations liées à la dilatation thermique.
Le joint d'étanchéité 25 comporte de plus dans cet exemple une base 257 (voir figure 1), à partir de laquelle s'étendent les collets inversés 255. La base 257 relie la partie périphérique 251 aux collets inversés 255.
Deuxième mode de réalisation
Un deuxième mode de réalisation, illustré sur les figures 7 à 10b, diffère notamment du premier mode de réalisation par le fait que la boite collectrice 20 comporte en outre une plaque interne 27 distincte de la plaque collectrice 21 (figure 8), et agencée au moins en partie contre le joint d'étanchéité 25 (figures 9a, 9b) de façon à maintenir le joint d'étanchéité 25 autour des extrémités des tubes 11 à l'état assemblé de l'échangeur thermique 1. Ainsi, le joint d'étanchéité 25 est comprimé entre les extrémités des tubes 11 d'échange thermique et la plaque interne 27, à l'état assemblé de l'échangeur thermique 1.
Le faisceau d'échange thermique 10 tel que décrit en référence au premier mode de réalisation est identique pour ce deuxième mode de réalisation.
Seules les différences du deuxième mode de réalisation par rapport au premier mode de réalisation sont décrites ci-après. Plaque collectrice
Selon le deuxième mode de réalisation illustré, la plaque collectrice 21 (figure 8) est sensiblement plane et dépourvue de collet, plus précisément elle comporte un fond 217 sensiblement plan et dépourvu de collet, dans lequel sont ménagées les ouvertures 211 et par rapport auquel la bordure périphérique 215 est surélevée.
Joint d'étanchéité
Selon ce deuxième mode de réalisation, le joint d'étanchéité 25 (figures 9a, 9b), comprend en outre une pluralité de collets standards 253 s 'étendant en direction du couvercle 23 à l'assemblage de la boite collectrice 20, dans le prolongement et à l'opposé des collets inversés 255. Ces collets standards 253 sont reçus dans la plaque interne 27 à l'assemblage de la boite collectrice 20.
De plus, les collets standards 253 délimitent également les ouvertures 254 et sont propres à recevoir les extrémités des tubes 11 à l'assemblage du faisceau d'échange thermique 10 à la boite collectrice 20. La forme des collets standards 253 est complémentaire à celle des extrémités des tubes 11, par exemple les collets standards 253 présentent, en section transversale, une forme sensiblement oblongue avant assemblage de la boite collectrice 20
(voir figure 9b).
Enfin, les collets standards 253 sont souples et sont destinés à être comprimés lors de l'expansion des extrémités des tubes 11, de façon à assurer Pétanchéité entre les tubes 11 et la plaque collectrice 21.
Plaque interne
La plaque 27, visible sur les figures 7, 9b, 10a et 10b) est nommée « plaque interne » du fait de son agencement dans le volume intérieur de la boite collectrice 20 défini entre la plaque collectrice 21 et le couvercle 23. Cette plaque interne 27, mieux visible sur les figures 10a, 10b, par exemple de forme générale sensiblement parallélépipédique, peut être réalisée en plastique.
La plaque interne 27 comprend une pluralité d'ouvertures 271 pour recevoir les extrémités des tubes 11 et le joint d'étanchéité 25 autour des extrémités des tubes 11, plus précisément les collets standards 253 du joint d'étanchéité 25. Une telle plaque interne 27 présente l'avantage de limiter la propagation de l'évasage sur le reste des tubes 11. La forme des ouvertures 271 est adaptée à la forme des collets standards 253 et des extrémités des tubes 11. Dans cet exemple, les ouvertures 271 sont sensiblement oblongues.
En outre, la plaque interne 27 est sensiblement plane.
La plaque interne 27 présente une face inférieure 27a représentée sur la figure 10a destinée à être agencée en regard de la base 257 du joint d'étanchéité 25 et une face supérieure 27b opposée, représentée sur la figure 10b, destinée à être agencée en regard du couvercle 23, à l'assemblage de la boite collectrice 20. Ainsi, la base 257 du joint d'étanchéité 25 est interposée entre la plaque interne 27 (sa face inférieure 27a) et la plaque collectrice 21 (voir figure 9b). La plaque interne 27 forme ainsi une contre-plaque collectrice coopérant avec la plaque collectrice 21 pour maintenir le joint d'étanchéité 25.
Par ailleurs, comme cela est mieux visible sur la figure 10b, la plaque interne 27 peut présenter des déformations locales 273 autour des ouvertures 271, par exemple sur face supérieure 27b. Lors de l'assemblage des tubes 11 à la plaque collectrice 21, les extrémités des tubes 11 sont évasées de façon à épouser la forme des bordures délimitant les ouvertures 271 de la plaque interne 27. Les évasements externes 115 des tubes 11 compriment alors le joint d'étanchéité 25, plus précisément les collets standards 253, contre la plaque interne 27.
La plaque interne 27 et le joint d'étanchéité 25 peuvent être deux pièces distinctes ou en variante être réalisés d'une seule pièce, par exemple par co-moulage. Procédé d'assemblage de l'échangeur thermique
En référence à l'ensemble des figures, on décrit ci-après un procédé d'assemblage, d'un échangeur thermique 1 tel que décrit précédemment.
Le procédé comprend une étape d'assemblage du faisceau d'échange thermique 10 suivi d'une étape de brasage du faisceau d'échange thermique 10 par passage dans un four dédié.
Pour l'assemblage du faisceau d'échange thermique 10 (voir figure 3), on empile une pluralité de tubes 11. Selon les modes de réalisation représentés, on empile de manière alternée des tubes 11 et des intercalaires 13.
Selon l'exemple de la figure 3, on assemble deux joues latérales 15 de part et d'autre de l'empilement de tubes 11 et d'intercalaires 13, selon l'axe transversal T. Ensuite, on assemble les tubes 11 à au moins une plaque de maintien 17. Selon les exemples décrits, on assemble deux plaques de maintien 17 de part et d'autre du faisceau d'échange thermique 10 selon l'axe longitudinal LT.
Le faisceau d'échange thermique 10 ainsi assemblé peut être brasé. Durant cette opération de brasage, les plaques de maintien 17 garantissent la géométrie et l'espacement des tubes 11 en vue de la prochaine étape d'assemblage après l'opération de brasage.
Après l'opération de brasage, le procédé peut comprendre une étape optionnelle dans laquelle on enlève au moins partiellement les plaques de maintien 17.
Pour l'assemblage d'une boite collectrice 20, on dispose un joint d'étanchéité 25 sur une plaque collectrice 21, de sorte que les collets inversés 255 du joint d'étanchéité 25 sont insérés dans les ouvertures 211 de la plaque collectrice 21 (voir figure 5).
On dispose éventuellement ensuite une plaque interne 27 pour un échangeur thermique 1 selon le deuxième mode de réalisation, de sorte que les collets standards 253 du joint d'étanchéité 25 s'étendent à travers les ouvertures 271 de la plaque interne 27. Si le joint d'étanchéité 25 et la plaque interne 27 sont réalisés d'une seule pièce, on dispose cette pièce unique formant à la fois le joint d'étanchéité 25 et la plaque interne 27 en une seule étape.
Comme schématisé par la flèche F sur la figure 5, le faisceau d'échange thermique 10 brasé est assemblé à chaque extrémité au sous-ensemble comprenant une plaque collectrice 21, un joint d'étanchéité 25, et éventuellement la plaque interne 27. Les extrémités des tubes 11 d'échange thermique du faisceau d'échange thermique 10 brasé sont insérées à travers la plaque collectrice 21 et le joint d'étanchéité 25, de sorte que le joint d'étanchéité 25 est agencé autour des extrémités protubérantes des tubes 11.
Pour l'assemblage mécanique du faisceau d'échange thermique 10 à la boite collectrice 20, les extrémités des tubes 11 sont évasées, par exemple une première fois formant ainsi un évasement interne 117 (visibles sur la figure 6a) de façon à comprimer le joint d'étanchéité 25 contre la plaque collectrice 21. Les extrémités des tubes 11 sont avantageusement évasées de nouveau formant ainsi un ou plusieurs évasements externes 115 de façon à comprimer le joint d'étanchéité 25, plus précisément ses collets standards 253, contre la plaque interne 27. Ensuite, on met en place le couvercle 23 (voir figures 6a, 6b) de manière que le pied de couvercle 231 se loge dans l'espace délimité par le bord périphérique surélevé 215 de plaque collectrice 21 en venant sur la partie périphérique 251 du joint d'étanchéité 25.
Après, on procède à l'assemblage du couvercle 23 au reste de l'échangeur thermique 1, par exemple par sertissage en rabattant les pattes de sertissage 213 de la plaque collectrice 21 et éventuellement en rabattant les pattes de sertissage 151 des joues latérales 15 du faisceau d'échange thermique 10 brasé selon la variante de la figure 1, ce qui assure la compression du joint d'étanchéité 25, plus précisément de sa partie périphérique 251.
Bien entendu, l'ordre de certaines étapes de ce procédé peut être interverti.
Ainsi, on allie des performances thermiques optimisées grâce au faisceau d'échange thermique 10 brasé avec des tubes 11 ayant un pas serré, à la résistance aux chocs thermiques du côté de la plaque collectrice 21 grâce à l'assemblage mécanique entre les tubes 11 de ce faisceau 10 brasé et la plaque collectrice 21. Le joint d'étanchéité 25 assure à la fois une fonction de liaison mécanique entre le faisceau d'échange thermique 10 brasé et la boite collectrice 20, mais aussi une fonction d'étanchéité de la boite collectrice 20 et entre les tubes 11 et la plaque collectrice 21.
Les plaques de maintien 17 assemblées aux deux extrémités du faisceau d'échange thermique 10 assurent le positionnement des tubes 11 pendant le processus de brasage et permettent de faciliter l'assemblage suivant entre le faisceau d'échange thermique 10 brasé et la plaque collectrice 11 et le joint d'étanchéité 25.

Claims

REVE DICATIONS
1. Faisceau d'échange thermique (10) pour échangeur thermique (1) notamment de véhicule automobile, ledit faisceau (10) étant assemblé par brasage et comprenant une pluralité de tubes (11),
caractérisé en ce que ledit faisceau (10) comporte en outre au moins une plaque de maintien (17) assemblée aux extrémités des tubes (11), ladite au moins une plaque de maintien (17) étant configurée pour maintenir les tubes (11) et assurer le pas entre les tubes (11) pendant l'opération de brasage du faisceau d'échange thermique (10).
2. Faisceau d'échange thermique (10) selon la revendication précédente, dans lequel ladite au moins une plaque de maintien (17) présente une pluralité d'ouvertures (171) recevant respectivement une extrémité d'un tube (11) du faisceau d'échange thermique (10), de façon à calibrer le pas entre les tubes (11).
3. Faisceau d'échange thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les tubes (11) s'étendent longitudinalement et dans lequel ladite au moins une plaque de maintien (17) s'étend transversalement par rapport à l'axe longitudinal (LT) des tubes (11).
4. Faisceau d'échange thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une plaque de maintien (17) présente une épaisseur inférieure à 1mm.
5. Faisceau d'échange thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une plaque de maintien (17) est sensiblement plane.
6. Faisceau d'échange thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une plaque de maintien (17) est réalisée dans un matériau métallique, par exemple en aluminium ou en alliage d'aluminium.
7. Faisceau d'échange thermique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une plaque de maintien (17) est au moins partiellement sécable.
8. Échangeur thermique (1), notamment pour véhicule automobile, comportant :
- un faisceau d'échange thermique (10) brasé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une pluralité de tubes (11) et au moins une plaque de maintien (17), et
- au moins une boite collectrice (20) comportant une plaque collectrice (21) traversée par les extrémités des tubes (11),
caractérisé en ce que ladite au moins une plaque de maintien (17) est distincte de la plaque collectrice (21).
9. Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel le faisceau d'échange thermique (10) est assemblé mécaniquement à ladite au moins une boite collectrice (20), de sorte que les extrémités des tubes (11) du faisceau d'échange thermique débouchent dans ladite au moins une boite collectrice (20).
10. Échangeur thermique (1) selon la revendication précédente, dans lequel :
ladite au moins une boite collectrice (20) comporte :
« un joint d'étanchéité (25) compressible agencé au moins partiellement sur la plaque collectrice (21) et autour des extrémités des tubes (11) débouchant dans la boite collectrice (20), et dans lequel
le faisceau d'échange thermique (10) est assemblé mécaniquement à la plaque collectrice (21) par expansion des extrémités des tubes (11) de façon à comprimer le joint d'étanchéité (25).
11. Procédé d'assemblage d'un échangeur thermique (1) comportant :
- un faisceau d'échange thermique (10) comprenant une pluralité de tubes (11), et au moins une boite collectrice (20) comprenant une plaque collectrice (21) et un joint d'étanchéité (25),
caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes suivantes :
empilement d'une pluralité de tubes (11),
assemblage des tubes (11) à au moins une plaque de maintien (17),
- brasage du faisceau d'échange thermique (10) comprenant les tubes (11) et ladite au moins une plaque de maintien (17),
- assemblage des extrémités des tubes (11) du faisceau d'échange thermique (10) brasé de manière à traverser la plaque collectrice (21) et le joint d'étanchéité (25) de ladite au moins une boite collectrice (20), et
expansion des extrémités des tubes (11) d'échange thermique de façon à comprimer le joint d'étanchéité (25) autour des extrémités des tubes (11).
12. Procédé d'assemblage selon la revendication précédente, comprenant une étape supplémentaire dans laquelle on enlève au moins partiellement ladite au moins une plaque de maintien (17) après l'opération de brasage et avant l'assemblage à la plaque collectrice
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