FR3127038A1 - Echangeur de chaleur pour véhicule automobile et procédé de fabrication d’un tel échangeur de chaleur - Google Patents

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Abstract

L’invention propose un échangeur de chaleur pour véhicule automobile, comprenant une pluralité de tubes définissant chacun un conduit transversal dans lequel est apte à circuler un fluide, les tubes étant agencés selon un empilement d’axe vertical (Z) tel qu’un espace est ménagé entre deux tubes successifs, l’espace permettant le passage d’un flux d’air favorisant l’échange thermique avec le fluide, chaque tube étant doté d’une ailette interne, et chaque espace étant doté d’une ailette externe, ces ailettes internes et externes étant pliées et présentant des sommets de pli en contact avec les tubes adjacents, chaque tube présentant une zone de fermeture du tube. Cet échangeur se caractérise en ce que, pour chaque ailette externe, chaque sommet de pli est doté d’un dégagement centré sur la zone de fermeture proximale du tube sur lequel il repose. Figure pour l'abrégé : Figure 2

Description

Echangeur de chaleur pour véhicule automobile et procédé de fabrication d’un tel échangeur de chaleur
Domaine technique de l'invention
Le domaine de la présente invention est celui des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicule automobile, et elle concerne plus particulièrement les échangeurs de chaleur comportant un faisceau de tubes et disposés notamment en face avant du véhicule automobile.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un tel échangeur de chaleur.
De tels échangeurs de chaleur sont notamment disposés sur une boucle d’un circuit de refroidissement, permettant de dissiper des calories, en provenance d’un moteur à combustion interne, ou d’un périphérique, tel qu’un module de climatisation, du véhicule automobile.
De manière connue, un échangeur de chaleur pour véhicule automobile comprend une pluralité de tubes s’étendant parallèlement entre eux et dans lesquels peut circuler le fluide de refroidissement présent dans la boucle de circuit de refroidissement précédemment évoquée, ou le fluide frigorigène (réfrigérant) présent dans la boucle de climatisation précédemment évoquée. L’échangeur de chaleur est configuré pour permettre un échange de calories entre un flux d’air le traversant et le fluide circulant à l’intérieur des tubes, sachant que l’échangeur de chaleur peut comprendre également des dispositifs de dissipation thermique comportant une pluralité d’ailettes externes, encore appelées « intercalaires », s’étendant entre les tubes, sur le passage du flux d’air, favorisant ainsi la dissipation des calories au niveau de l’échangeur de chaleur.
Un échangeur de chaleur à tubes peut notamment être situé au niveau d’une face avant du véhicule automobile. Ainsi, lorsque le véhicule automobile se déplace vers l’avant, les ailettes externes de l’échangeur de chaleur sont exposées à un flux d’air provenant de l’extérieur du véhicule automobile, permettant ainsi d’améliorer la dissipation des calories au niveau de l’échangeur de chaleur.
L’échangeur de chaleur peut également comporter une pluralité d’ailettes internes s’étendant à l’intérieur des tubes, sur le passage du fluide, permettant ainsi d’améliorer le refroidissement des tubes.
Arrière-plan technique
Les tubes ont généralement une forme aplanie et allongée.
Chaque tube est formé à partir d’une plaque qui est recourbée et dont les deux bordures latérales se rejoignent au niveau d’une zone de fermeture.
Les ailettes externes et les ailettes internes ont généralement une forme en accordéon, avec des plis successifs.
Lorsque les ailettes externes sont mises en position entre les tubes, leurs sommets de pli viennent reposer sur la face aplanie extérieure des tubes.
De la même manière, lorsque les ailettes internes sont mises en position au sein des tubes, leurs sommets de pli viennent au contact de la face aplanie intérieure des tubes.
Le contact entre les sommets de pli et les tubes sont essentiels pour assurer le transfert de calories d’une pièce à l’autre, et donc assurer l’échange de chaleur de manière optimale.
Or lors de la réalisation du brasage des tubes, au niveau de la zone de fermeture, il est parfois possible que le métal d’apport destiné à la zone de fermeture soit en partie répandu sur les ailettes externes en appui sur les tubes, par capillarité. Ainsi, pour réussir à braser correctement le tube, il faut apporter plus de métal que nécessaire, ce qui n’est pas souhaitable d’un point de vue de la consommation du métal d’apport puisque cela peut compromettre la réalisation des autres joints de brasage, notamment ceux entre les tubes et des collecteurs. Un autre inconvénient réside dans le fait que le brasage entre le tube et les ailettes internes dépend de la géométrie du tube. Si les sommets de pli des ailettes internes ne sont pas au contact de la paroi intérieure du tube, alors les joints de brasage ne se forment pas correctement, ce qui réduit les performances de dissipation de la chaleur et la résistance mécanique.
La présente invention a pour objectif de pallier les différents inconvénients énoncés ci-dessus, au moyen d’un échangeur de chaleur dans lequel le métal d’apport arrivant au niveau de la zone de fermeture du tube est correctement dirigé uniquement entre les deux bordures latérales à braser du tube, et n’a pas tendance à être attiré vers les ailettes externes par capillarité, et cela avec des moyens de mise en œuvre pratiques et écologiques.
L’échangeur de chaleur selon l’invention comporte, de façon classique, une pluralité de tubes définissant chacun un conduit transversal dans lequel est apte à circuler un fluide, les tubes étant agencés selon un empilement d’axe vertical (Z) tel qu’un espace est ménagé entre deux tubes successifs, l’espace permettant le passage d’un flux d’air favorisant l’échange thermique avec le fluide, chaque tube étant doté d’une ailette interne, et chaque espace étant doté d’une ailette externe, ces ailettes internes et externes étant pliées et présentant des sommets de pli en contact avec les tubes adjacents, chaque tube présentant une zone de fermeture du tube.
Cet échangeur se caractérise à titre principal en ce que, pour chaque ailette externe, chaque sommet de pli est doté d’un dégagement centré sur la zone de fermeture proximale du tube sur lequel il repose.
L’idée principale de cette invention consiste à prévoir un dégagement au niveau de l’emplacement où le brasage du tube va être réalisé c’est-à-dire à l’emplacement où du métal d’apport arrive pour joindre deux bordures latérales du tube, appelées « extrémités ». Par « dégagement », on entend un retrait de l’ailette externe par rapport au tube, c’est-à-dire une mise à distance d’une zone de l’ailette externe par rapport au tube.
Grâce à ce dégagement, il n’y a plus de risque que le métal d’apport qui arrive au niveau de la zone de fermeture ne vienne toucher l’ailette externe et donc soit aspiré par l’ailette externe par capillarité. Ainsi, la quantité de métal d’apport peut être dosée de manière raisonnable, il n’y a pas de risque d’avoir du métal d’apport en excès au niveau de la zone de fermeture. De plus, le joint de brasage reste correctement dimensionné en fonction de la quantité de métal d’apport. Aussi, grâce à ce dimensionnement optimal, l’ailette interne localisée à l’intérieur du tube peut rester correctement en appui contre les parois intérieures du tube, et cela quelle que soit la géométrie des extrémités, en particulier la hauteur des jambes du tube, afin d’assurer le transfert de calories et de favoriser les échanges thermiques. De la même manière, l’ailette externe localisée à l’extérieur du tube peut rester en appui contre la paroi extérieure du tube, hormis au niveau de la zone de dégagement bien entendu, afin d’assurer le transfert de calories et de favoriser les échanges thermiques.
Ces appuis sont importants pour permettre un brasage optimal des ailettes externes et internes sur les tubes.
Ces appuis peuvent être linéaires, lorsque l’ailette est pliée avec des ondulations ou avec une forme en V. Ces appuis peuvent être surfaciques, lorsque l’ailette est pliée avec un crénelage en U présentant des zones plates.
Il est à noter que chaque sommet de pli de l’ailette externe présente ce dégagement, qu’il s’agisse d’un pli orienté vers le haut ou d’un pli orienté vers le bas selon le sens de l’empilement des tubes et des ailettes externes. Ainsi, l’ailette externe présente une symétrie, et peut-être retournée si besoin lors du procédé d’empilement des ailettes et des tubes, sans qu’il n’y ait d’incidence.
Selon les différents modes de réalisation de l’invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément :
  • le dégagement présente une largeur au moins égale à la largeur de la zone de fermeture : en effet, pour être sûr que le métal d’apport ne vienne pas au contact de l’ailette externe, il faut nécessairement que le dégagement soit au moins aussi large que la zone de fermeture. De préférence le dégagement est légèrement plus large que la zone de fermeture.
  • ladite zone de fermeture correspond à une jonction de deux extrémités de tube, un brasage réalisant ladite jonction.
  • les extrémités du tube sont recourbées au niveau de la zone de fermeture selon un rayon de courbure, et, de part et d’autre de la jonction, le dégagement commence au moins au niveau du démarrage du rayon de courbure des deux extrémités du tube : ainsi, le dégagement englobe l’intégralité de la zone de fermeture.
  • le dégagement s’étend sur une largeur comprise entre 0,5mm et 5mm : le dégagement est plus ou moins large, selon que la zone de fermeture est plus ou moins large, en fonction du type de tube employé, plusieurs méthodes de repliement des extrémités du tube pouvant être envisagées dans le cadre de la présente invention.
  • le dégagement s’étend sur une profondeur comprise entre 0,2mm et 2mm : le dégagement est plus ou moins profond en fonction de la configuration de l’échangeur.
  • le dégagement est réalisé sans enlèvement de matière, par exemple par déformation ou par découpe et pliage : dans une perspective écologique ainsi qu’une perspective d’efficacité de procédé, il est important qu’il n’y ait pas d’enlèvement de matière lors de la réalisation du dégagement. En effet, l’absence d’enlèvement de matière permet d’éviter la gestion de déchets sur une ligne de fabrication, ce qui représente un gain de temps ainsi qu’un gain financier. De plus, dans l’art antérieur, l’enlèvement de matière est une étape qui est généralement réalisée avant l’étape de formage des ailettes, pour que la matière puisse être enlevée, ce qui démultiplie les étapes et complexifie le procédé, comme cela sera expliqué dans la suite de la description.
  • l’échangeur de chaleur comprend, pour chaque ailette interne, un brasage entre chaque sommet de pli et une paroi intérieure du tube contre lequel il prend appui.
  • l’échangeur de chaleur comprend, pour chaque ailette externe, un brasage entre chaque sommet de pli et une paroi extérieure du tube contre lequel il prend appui.
  • le dégagement ne s’étend pas en dehors du sommet de pli : le dégagement est limité au sommet de pli, et ne s’étend donc pas sur les tronçons reliant les plis. Le dégagement est donc très localisé et est différent d’une bande discontinue qui s’étendrait d’un sommet de pli à l’autre.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un échangeur de chaleur tel que décrit précédemment, comprenant au moins une étape de mise en forme des ailettes externes via des rouleaux de formage créant simultanément les plis et les dégagements, une étape de mise en position des tubes et des ailettes externes empilés alternativement les uns au-dessus des autres, et une étape de brasage des zones de fermeture des tubes. Le fait que les dégagements soient sans enlèvement de matière permet de réaliser ces dégagements dans la même étape que celle de la création des plis. Ainsi, il est possible de créer simultanément les plis et les dégagements dans une seule et unique étape de mise en forme des ailettes externes. Le procédé est ainsi facilité, il n’y a pas de gestion de déchet de matières.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
la est une vue en perspective d’un exemple de réalisation d’un échangeur de chaleur selon l’art antérieur ;
la est une vue en coupe d’une partie de l’échangeur de chaleur selon l’invention ;
la est une vue agrandie de la zone de fermeture selon la ;
la montre des exemples de réalisation de tubes avec des ailettes internes ;
la illustre une partie d’une ailette externe selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
la illustre une partie d’une ailette externe selon un second mode de réalisation de l’invention ;
la représente un outillage spécifique permettant de réaliser l’étape de mise en forme de l’ailette externe.

Claims (10)

  1. Echangeur de chaleur pour véhicule automobile, comprenant une pluralité de tubes (1) définissant chacun un conduit (3) transversal dans lequel est apte à circuler un fluide, les tubes (1) étant agencés selon un empilement d’axe vertical (Z) tel qu’un espace est ménagé entre deux tubes (1) successifs, l’espace permettant le passage d’un flux d’air favorisant l’échange thermique avec le fluide, chaque tube (1) étant doté d’une ailette interne (7), et chaque espace étant doté d’une ailette externe (2), ces ailettes internes (7) et externes (2) étant pliées et présentant des sommets de pli (8, 5) en contact avec les tubes (1) adjacents, chaque tube (1) présentant une zone de fermeture (10) du tube (1), caractérisé en ce que, pour chaque ailette externe (2), chaque sommet de pli (5) est doté d’un dégagement (11) centré sur la zone de fermeture (10) proximale du tube (1) sur lequel il repose.
  2. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dégagement (11) présente une largeur au moins égale à la largeur de la zone de fermeture (10).
  3. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite zone de fermeture (10) correspond à une jonction de deux extrémités (9) de tube (1), un brasage réalisant ladite jonction.
  4. Echangeur de chaleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les extrémités (9) du tube (1) sont recourbées au niveau de la zone de fermeture (10) selon un rayon de courbure, et en ce que, de part et d’autre de la jonction, le dégagement (11) commence au moins au niveau du démarrage du rayon de courbure des deux extrémités (9) du tube (1).
  5. Echangeur de chaleur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dégagement (11) s’étend sur une largeur L comprise entre 0,5mm et 5mm.
  6. Echangeur de chaleur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dégagement (11) s’étend sur une profondeur H comprise entre 0,2mm et 2mm.
  7. Echangeur de chaleur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dégagement (11) est réalisé sans enlèvement de matière, par exemple par déformation ou par découpe et pliage.
  8. Echangeur de chaleur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend, pour chaque ailette interne (7), un brasage entre chaque sommet de pli (8) et une paroi intérieure (13) du tube (1) contre lequel il prend appui.
  9. Echangeur de chaleur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend, pour chaque ailette externe (2), un brasage entre chaque sommet de pli (5) et une paroi extérieure (14) du tube (1) contre lequel il prend appui.
  10. Procédé de fabrication d’un échangeur de chaleur selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins une étape de mise en forme des ailettes externes (2) via des rouleaux de formage (15, 16) créant simultanément les plis et les dégagements (11), une étape de mise en position des tubes (1) et des ailettes externes (2) empilés alternativement les uns au-dessus des autres, et une étape de brasage des zones de fermeture (10) des tubes (1).
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