FR2823840A1 - Tube plie pour echangeur de chaleur et procede pour sa conformation - Google Patents
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Abstract
Le tube est obtenu par repliement d'une bande métallique d'épaisseur déterminée (e), sur elle-même, pour délimiter deux canaux séparés par une cloison formant entretoise formée par les bordures repliées (5a, 5b) de la bande. Pour permettre d'accroître la résistance à la corrosion du tube, les rayons (R) de repliement des bordures parallèles (5a, 5b) sont déterminés égaux ou supérieurs à l'épaisseur (e) de la bande et les extrémités (9a, 9b) de la cloison en contact avec la face interne (10) commune aux deux canaux sont arrondies suivant des rayons sensiblement égaux à ceux des rayons (R) de repliement des bordures (5a, 5b). Application notamment aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles.
Description
premier orifice.
Tube plié pour échangeur de chaleur et procédé pour sa conforma-
tion L' invention concerne un tube plié pour échangeur de chaleur tel que, par exemple, un radiateur de refroidissement d'un moteur
de véhicule automobile ou un condenseur de climatisation.
Dans les échangeurs de chaleur de ce type, de tels tubes entrent dans la composition de faisceaux obtenus par un empilement alterné de tubes disposés en parallèle et dintercalaires ondulés, formant ailettes d'échange de chaleur, qui s'étendent entre les grandes faces des tubes. Les tubes présentent généralement une section transversale de forme aplatie et possèdent deux faces planes parallèles, réunies entre elles par deux petites faces incurvoes. Les extrémités des tubes sont engagées dans des trous de forme appropriée ménagés dans des plaques collectrices qui sont coiffées par des boites collectri ces. L'ensemble est ensuite brasé dans un four approprié pour
constituer un échangeur de chaleur.
En service, les tubes sont parcourus par un fluide caloporteur qui échange de la chaleur avec un flux d'air qui balaye le
faisceau.
I1 est connu de réaliser les tubes par repliement d'une bande
métallique sur elle-même afin de délimiter deux canaux parallè-
les séparés par une entretoise qui permet d' augmenter la rigidité des tubes. L'entretoise résulte de la réunion de deux bordures de la bande qui sont pliées chacune à angle droit avec un très faible rayon de courbure et qui viennent en butée sur
une face plane en regard commune aux deux canaux.
i r Dans certains tubes, les bordures sont repliées à angle droit en formant un bord extérieur plié qui comporte un renflement saillant afin que les deux bordures, une fois réunies, ne présentent pas de dépression à l'endroit de leur pliure. Cette technique a l'avantage dune part, qu'elle permet d' assurer la continuité de chacune des grandes faces du tube dans les régions proches de l'entretoise et d'autre part, qu'elle assure l'étanchéité de la liaison entre les tubes et les plaques
collectrices de l'échangeur de chaleur.
Cependant, la demanderesse -a constaté que, dans certaines circonstances, de tels tubes pouvaient induire un phénomène de corrosion dans les angles intérieurs droits formés par
l'entretoise et les grandes faces du tube.
D'après les études conduites par la demanderesse, cette corrosion semble due à des.éeffets de coin" qui se manifestent
dans les régions de raccordement à très faible rayon.
Le fluide caloporteur qui circule dans le tube a tendance à stagner dans les régions de raccordement de la cloison avec les grandes faces du tube, ce qui provoque une diminution du pH du fluide caloporteur, et donc une augmentation de son acidité. Il en résulte une stagnation d'un milieu corrosif qui a tendance
à s'attaquer au joint de brasure.
Le but principal de l' invention est de pallier l'inconvénient précité. A cet effet, l' invention a pour objet un tube d'échangeur de chaleur notamment pour véhicule automobile obtenu par repliement d'une bande métallique dépaisseur déterminée sur elle-même pour délimiter deux canaux à faces parallèles ayant une face interne commune et étant adossés l'un contre l'autre par une cloison reposant sur la face interne commune aux deux canaux et disposée perpendiculairement aux grandes faces des tubes, la dite cloison étant formée par les bordures parallèles de la bande pliées en
contact l'une avec l'autre.
Conformément à une caractéristique essentielle de l' invention, les rayons de repliement des bordures parallèles sont égaux ou supérieurs à l'épaisseur de la bande, et les extrémités de la cloison en contact sur la face interne commune aux deux tubes sont arrondies suivant des rayons sensiblement égaux à ceux des
rayons de repliement des bordures.
Suivant une autre caractéristique de l' invention, les extrémités de la cloison en contact sur la face interne commune aux deux tubes forment entre elles un angle d'ouverture compris entre 10
et 170 degrés.
L.invention a également pour objet un procédé pour la conforma-
tion d'un tube plié pour échangeur de chaleur comme défini ci dessus. Ce procédé comprend les opérations suivantes: a) prévoir une bande métallique plane de largeur déterminée délimitée par deux bords longitudinaux parallèles; b)déformer en continu chacune des régions marginales par pliage pour réaliser une bordure plane formant un angle variable avec une région centrale de la bande qui s'étend entre les bordures et ayant une bande d'extrémité arrondie, en sorte que chaque bordure se raccorde avec la région centrale par une région pliée de profil choisi, c)poursuivre la déformation de la bande jusqu'à ce que chacune des bordures se raccorde à la région centrale par un angle droit avec un congé de rayon égal ou supérieur à l'épaisseur de la bande, d) arrondir le bord d'extrémité libre de la bordure vers l'intérieur de la région centrale suivant un rayon de courbure sensiblement égal à celui du congé reliant la région centrale à la bordure, e)déformer en continu la bande de manière à rapprocher l'une
contre l'autre les deux bordures pliées afin qu'elles consti-
tuent conjointement -une entretoise ou cloison aboutissant jusqu'à la région centrale de la bande pour réaliser un tube à
deux canaux parallèles.
L' invention a pour principal avantage qu'elle permet un meilleur écoulement du fluide de brasage sur les extrémités inclinées de la cloison séparant les deux tubes ce qui supprime les zones de raccordement à faible rayon. Les congés intérieurs dont la dimension est égale ou supérieure à l'épaisseur de la bande métallique permettent également de réduire très fortement les zones à faible vitesse du liquide de refroidissement ce qui
augmente la tenue à la corrosion sans détériorer les performan-
ces mécaniques et thermiques de l'ensemble.
Dans la description détaillée qui suit, faite seulement à titre
d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue dextrémité dun tube plié selon l' invention; - les figures 2 et 3 représentent un détail à échelle agrandie de la région du tube de la figure 1 comportant l'entretoise selon l' invention; - la figure 4 est une vue d'extrémité d'un tube selon l' invention au cours de différentes phases de pliage; - la figure 5 est un exemple dassemblage de tubes selon l' invention dans des plaques de boîtes collectrices d'échangeurs de chaleur; - la figure 6 est une vue en perspective de tubes selon l' invention assemblés avec des ailettes de refroidissement pour former un échangeur de chaleur; - les figures 7 à 10 montrent les différentes étapes du procédé mis en _uvre pour réaliser les profils de repliement des bordures constituant la cloison de séparation des canaux des tubes selon l' invention; et - la figure 11 une variante de réalisation du tube selon
l' invention par fluage.
Le tube 1 qui est représenté à la figure 1 est réalisé à partir d'une bande métallique rectangulaire 2 pliée et brasée, avantageusement en aluminium ou en alliage d'aluminium. Pour former le tube, la bande métallique est repliée de facon à former l'enveloppe de deux canaux parallèles juxtaposés 3a et 3b de forme aplatie. Ces canaux sont séparés par une cloison 4 formant entretoise réalisée par repliement à 90 de deux
bordures 5a et 5b de la bande métallique 2.
Les bordures 5a et 5b sont obtenues par repliement à partir d'une face externe 6a, respectivement 6b, du tube 1 et elles sont adossées l'une contre l'autre pour former conjointement la
cloison 4. Ainsi les faces externes 6a et 6b forment conjointe-
ment une grande face plane 6 du tube 1 qui est raccordée à une deuxième grande face plane 7 par deux petites faces incurvées
8a et 8b.
Comme le montre plus particulièrement la figure 2, qui est une représentation agrandie de la région A entourant la cloison 4, chacune des bordures 5a et 5b est pliée d'une part, à angIe droit par rapport à la face externe correspondante 6a, 6b avec un congé sur les faces internes correspondantes et d'autre part, sur son bord externe 9 pour former une partie incurvée respecti vement 9a, 9b vers l'intérieur des canaux correspondants et dont le bord vient reposer sur la face interne 10 du tube 1 commune aux deux canaux 3a et 3b. Les extrémités 9a, 9b des bordures sont engagées, dans l'exemple, dans une gorge 10a de la face interne 10, ce qui permet aux bordures de conserver une position perpendiculaire aux grandes faces 6a, 6b, 10 lors de la mise en place du tube avec les intercalaires dans les plaques
collectrices avant brasage.
Comme le montre également la figure 2, chacune des bordures 5a et 5b est pliée relativement à une face interne lla, llb du tube 1 en formant un congé 12a, 12b ayant un profil sensiblement en quart de cercle. Les rayons R et Rt des congés 12a, 12b et de la partie incurvée des bords externes 9 sont définis égaux ou supérieurs à l'épaisseur "e" de la bande métallique 2 afin daméliorer lors des opérations de formage, de calibrage ou de mise en service de l'échangeur, la résistance du tube 1. La forme incurvée du bord externe 9 permet aussi au moment du brasage une meilleur répartition du flux de brasage et de la brasure d'o il résulte une meilleur tenue dans le temps de la
brasure contre le phénomène de corrosion.
On évite ainsi la formation de zones de raccordement à faible
rayon qui sont responsables de la stagnation du fluide calopor-
teur et sont donc une source possible de corrosion.
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Suivant un autre mode de réalisation de l' invention montré à la figure 3 o les éléments homologues à ceux de la figure 1 sont représentés avec les mêmes références, chacune des bordures 5a, 5b pliées comporte en plus un renflement saillant 13a, 13b, dont l'épaisseur qui dépend de celle de la bande métallique 2, peut être comprise par exemple entre 0,05 et 0,5 mm. Le renflement saillant sétend à la fois du côté des faces externes 6a, 6b et du côté des bordures 5a, 5b. La présence des renflements saillants permet dobtenir un prolongement des faces externes 6a, 6b sans présenter de dépression entre les bords extérieurs pliés 5a, 5b comme cela
apparaît dans le mode de réalisation de la figure 2.
Ainsi la continuité des grandes faces 6a et 6b dans les régions proches de l'entretoise 4 peut être automatiquement
assurée lors de l'opération de brasage. Ce mode de réalisa-
tion permet également d' assurer l'étanchéité de la liaison entre les tubes 1 et les plages collectrices de l'échangeur de chaleur. D'autre part, les renflements 13a, 13b améliorent le maintien des intercalaires ondulés en pénétrant dans ces
derniers, ce qui évite de recourir à des outillages spécifi-
ques pour assurer leur maintien pendant le brasage. Les renflements 13a, 13b contribuent également à un meilleur appui des bordures 5a, 5b contre la face interne commune aux
deux canaux du tube 1.
Le tube 1 décrit précédemment peut être obtenu par conforma-
tion d'une bande métallique 2, comme montré sur la figure 4, possédant deux bords longitudinaux parallèles 14a, 14b. Au début de l'opération, la bande 2 est plane et les bords 14a, 14b se trouvent à l'opposé l'un de l'autre ainsi que le montre le trait en pointillés de la figure 4. La conformation du tube 1 s'effectue par des opérations de pliage en continu qui débutent par la formation simultanée des bordures plises a et 5b. Ensuite, les bordures plises sont rapprochées l'une contre l'autre afin qu'elles constituent conjointement
l'entretoise 4.
Ces opérations de rapprochement sont réalisées en continu par des jeux de molettes appropriées permettant de réaliser les petites faces incurvées 8a et 8b qui ont chacune un profil sensiblement en demi-cercle. La déformation se poursuit jusqu'à ce que l'extrémité de l'entretoise 4 vienne en butée contre la face intérieure 10 de la partie centrale de la bande commune aux
deux canaux 3a et 3b.
Les tubes ainsi réalisés peuvent ensuite être engagés dans des fentes de deux plaques collectrices 15, dont une seule est représentée figure 5, sur lesquelles sont montées les boîtes collectrices d'extrémité de l'échangeur de chaleur. Lors du montage, des intercalaires 16 de forme ondulée sont montés entre les tubes 1, et l'ensemble est assemblé définitivement par
brasage.
Un exemple de conformation d'une bordure pliée conformément au modèle de la figure 3 est représenté aux figures 7 à 10. Cette opération met en _uvre au moins quatre jeux de molettes rotatives à profils complémentaires. Elle débute (figure 7) par un pliage, à l' aide dun premier jeu de molettes comprenant une molette 17 et une contre-molette 18, d'une région marginale de la bande métallique, qui s'étend à partir du bord longitudinal, pour former une bordure 5a,5b déterminant un angle obtus B par
rapport à une région centrale de la bande métallique 2.
Au début, la valeur de l' angle B est de 180 et elle diminue progressivement en passant par une phase intermédiaire o la valeur de l' angle est de l'ordre de 135. Un deuxième jeu de molettes comprenant une molette 19 et une contre-molette 20 permet de réaliser le profil de la figure 8. Un troisième jeu de molettes comprenant une molette 21 et une contre-molette 22 permet de déformer la bande au niveau du raccordement 12a, 12b de la bordure et de la région centrale de manière à écraser la nervure et à obtenir un bord extérieure plié 5a, 5b à 90 et présentant un renflement saillant 13a, 13b. Le raccordement côté intérieur s'effectue par un congé en quart de cercle dont le
rayon R est égal ou supérieur à l'épaisseur "e" de la bande.
Enfin un quatrième jeu de molettes représenté à la figure 10 comprenant une molette 23 et une contre-molette 24 effectue le recourbement des extrémités 9a,9b de la bordure 5a,5b avec un rayon de courbure R' supérieur ou égal à celui du congé de raccordement intérieur 12a, 12b reliant la région centrale à la
bordure.
Suivant un mode de réalisation différent représenté à la figure 11, les congés 12a et 12b ainsi que les renflements saillants 13a et 13b peuvent être obtenus par fluage de la matière formant les bordures 5a, 5b. Cette opération est effectuée après
repliement des bordures à 90 relativement à la région centrale.
Elle consiste à utiliser un jeu de molettes comprenant une molette 25 et une contre-molette 26 de profil complémentaires coopérant avec un appui latéral 27 lié à la molette 25 et
disposé pour venir en appui sur la bordure replié 5a, 5b.
L'évidement 28 entre la contre-molette 26 et l'appui latéral 27 permet de recevoir la matière fluée et de former ainsi le
renflement saillant 13a, 13b.
Le tube de l' invention trouve une application particulière aux
échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles.
Claims (16)
1. Tube d'échangeur de chaleur notamment pour véhicule automo S bile, obtenu par repliement d'une bande métallique (2) dépaisseur déterminée (e) , sur elle-même, pour délimiter deux canaux (3a, 3b) à faces externes parallèles (6a,6b,7) ayant une face interne (10) commune et étant adossés l'un contre l'autre par deux bordures (5a, 5b) de la bande (2), les deux bordures (5a, 5b) étant pliées chacune à angle droit relativement aux faces externes parallèles (6a, 6b, 10) des canaux (3a, 3b) afin de former une cloison (4) de séparation commune pour les deux canaux (3a, 3b), les extrémités (9a, 9b) des deux bordures (5a,5b) reposant sur une face interne (10) commune aux deux 1S canaux (3a,3b) et parallèle aux faces externes (6a, 6b, 7), caractérisé en ce que les rayons (R) de repliement des bordures parallèles (Sa,5b) sont égaux ou supérieurs à l'épaisseur "e'' de la bande (2) et en ce que les extrémités (9a, 9b) de la cloison (4) en contact avec la face interne (10) commune aux deux canaux (3a,3b) sont arrondies suivant des rayons (R') sensiblement égaux à ceux des rayons (R) de repliement des
bordures (5a,5b).
2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités (9a,9b) de la cloison (4) en contact avec la face interne (10) forment entre elles un angle d'ouverture compris
entre 10 et 170 degrés.
3. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce que la face interne (10) commune aux deux canaux comporte une gorge (lOa) dans laquelle sont engagées les extrémités (9a, 9b) de la cloison (4), afin de permettre aux bordures (SA, Sb) de conserver une position perpendiculaire aux faces externes (6a, 6b, 7) lors de la mise en place et le
brasage du tube (1) dans l'échangeur de chaleur.
-
4. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce qu' il comporte un renflement saillant (13a, 13b) qui sétend au moins du côté de la face externe
(6a,6b) de la bande (2).
5. Tube selon la revendication 4, caractérisé en ce que le renflement saillant sétend à la fois du côté de la face externe (6a, 6b) et du côté de la bordure (5a, 5b) de la
bande (2).
6. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que le renflement saillant (13a,13b) a une
dimension de 0,05 à 0,5 mm.
7. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que les faces externes (6a, 6b) auxquelles se raccordent les bordures (5a, 5b) sont coplanaires et
forment conjointement une grande face du tube (1).
8. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce qu'il comprend deux grandes faces planes incurvées(6a, 6b, 7) réunies par deux petites faces incurvées
(8a, 8b).
9. Tube selon l'une quelconque des revendications 1 à 8,
caractérisé en ce quil est formé en aluminium ou en alliage
à base d'aluminium.
10. Procédé pour la conformation dun tube d'échangeur de
chaleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en
ce qu'il comprend les opérations suivantes: a)prévoir une bande métallique plane (2) de largeur déterminée délimitée par deux bords longitudinaux parallèles; b)déformer en continu chacune des régions marginales par pliage pour réaliser une bordure plane (5a, 5b) formant un angle variable (B) avec une région centrale de la bande (2) qui s'étend entre les bordures (5a,5b) et ayant une bande d'extrémité arrondie, en sorte que chaque bordure se raccorde avec la région centrale par une région pliée de profil choisi, c)poursuivre la déformation de la bande jusqu'à ce que chacune des bordures (5a,5b) se raccorde à la région centrale par un angle droit avec un congé de rayon.éRt' égal ou supérieur à l'épaisseur "e" de la bande (2), d)arrondir le bord dextrémité libre (9a, 9b) de la bordure (5a,5b) vers l'intérieur de la région centrale suivant un rayon de courbure "R'" sensiblement égal à celui du congé reliant la région centrale à la bordure, e)déformer en continu la bande de manière à rapprocher l'une contre l'autre les deux bordures pliées (5a, 5b) afin qu'elles constituent conjointement une entretoise ou cloison (4) aboutissant jusqu'à la région centrale de la bande pour réaliser
un tube à deux canaux parallèles (3a,3b).
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que dans l'opération d) les extrémités libres (9a, 9b) des bordures (5a, 5b) sont arrondies de façon à présenter entre elles un angle d'écartement compris environ entre 10 et 170 lorsque en fin de l'opération e) celles ci viennent buter sur la région
centrale de la bande(2).
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 et 11,
caractérisé en ce que dans l'opération b) la région plice de profil choisi comporte une nervure en saillie qui est écrasée lors de l'opération (c) pour former un renflement saillant (13a,13b).
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications revendica
tion 10 à 12, caractérisé en ce qu'il consiste dans l'opération
( C) à former un renflement saillant par fluage.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 13,
caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer chacune des opérations b, c, et d par au moins un jeu de molettes comprenant une molette(l7; 19; 21; 23; 25) et une contre-molette (18; 20;
22; 24; 26).
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 14,
caractérisé en ce que l'opération e) comprend la déformation de la région centrale pour former une grande face plane (7) reliée par deux petites faces incurvées (8a, 8b) à une grande face plane opposée comprenant une partie coplanaire (6a, 6b)
s'étendant de part et d'autre des bordures pliées (5a, 5b).
16. Echangeur de chaleur comprenant une multiplicité de tubes
(1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 ou obtenu
par un procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à
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