Tube à circulation en U pour échangeur de chaleur et son procédé de fabrication

Abstract

 L'invention concerne un tube à circulation en (U) pour échangeur de chaleur.
Ce tube est obtenu à partir d'un flan (10) en tôle métallique replié sur lui-même à partir d'une ligne de pliage (L) de manière à constituer deux parties (18) réunies entre elles par brasage du côté d'une face interne du flan, les deux parties (18) du flan étant embouties à partir de la face interne pour constituer deux empreintes en creux (16) en forme générale de (U) qui délimitent conjointement un canal en (U) ayant deux embouchures (34) s'ouvrant sur un bord (14) du flan plié.
Application aux échangeurs de chaleur de véhicules automobiles.

Description

[0001] L'invention concerne un tube à circulation en U pour échangeur de chaleur ainsi qu'un procédé pour sa fabrication.

[0002] Elle concerne également un échangeur de chaleur muni d'une multiplicité de tels tubes à circulation en U.

[0003] On connaît déjà des échangeurs de chaleur, notamment pour véhicules automobiles, qui comprennent un faisceau de tubes à circulation en U, encore appelés "tubes en U", et dans lesquels les extrémités de chaque tube débouchent, de façon étanche, dans une boîte à fluide. Habituellement, ces tubes traversent également des ailettes pour augmenter la surface d'échange thermique entre un fluide caloporteur qui parcourt les tubes du faisceau et un flux d'air qui balaie le faisceau.

[0004] Dans la plupart des échangeurs de chaleur connus, ces tubes en U sont obtenus par extrusion puis par cintrage pour leur donner une forme dite "en épingle à cheveu", les extrémités des tubes étant ensuite reliées à étanchéité à une plaque collectrice d'une boîte à fluide.

[0005] L'un des inconvénients de ces échangeurs de chaleur connus est que leur fabrication nécessite un grand nombre d'opérations.

[0006] Il est connu par ailleurs de réaliser des tubes plats à deux branches parallèles, encore appelés "tubes bi-canaux", obtenus par brasage de deux plaques métalliques embouties.

[0007] L'inconvénient de tels tubes est qu'ils doivent être utilisés dans des échangeurs de chaleur à deux boîtes à fluide opposées, ce qui nécessite, là encore, un grand nombre d'opérations pour la fabrication.

[0008] L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités.

[0009] Elle a en particulier pour but de procurer un tube à circulation en U permettant la réalisation d'un échangeur de chaleur en une seule opération de brasage.

[0010] L'invention propose à cet effet un tube à circulation en U pour un échangeur de chaleur, lequel est obtenu à partir d'un flan en tôle métallique replié sur lui-même à partir d'une ligne de pliage de manière à constituer deux parties réunies entre elles par brasage du côté d'une face interne du flan, ces deux parties du flan étant embouties à partir de la face interne pour constituer deux empreintes en creux en forme générale de U qui délimitent conjointement un canal en U ayant deux embouchures s'ouvrant sur un bord du flan plié.

[0011] On obtient ainsi de manière simple un tube de circulation en U par emboutissage et pliage d'un flan en tôle qu'il suffit ensuite de braser.

[0012] Cette opération de brasage peut être effectuée sur le tube lui-même, ou de préférence en même temps que la liaison de l'ensemble des tubes avec les autres composants d'un échangeur de chaleur, c'est-à-dire la boîte à fluide et les ailettes.

[0013] Dans une forme de réalisation de l'invention, chacune des empreintes en U est formée de deux branches sensiblement parallèles réunies par un coude.

[0014] De façon avantageuse, les coudes respectifs des deux empreintes en U sont situés symétriquement de part et d'autre de la ligne de pliage, le flan de tôle étant considéré à plat.

[0015] Pour la mise en oeuvre de l'invention, on préfère tout particulièrement un flan de tôle en aluminium revêtu d'un alliage de brasure sur sa face interne.

[0016] Ceci facilite ensuite l'opération de brasage.

[0017] De façon avantageuse, le flan de tôle comporte une découpe entre les deux embouchures du canal en U de manière à séparer ces deux embouchures et fournir deux pieds de tube, ce qui facilite ensuite la liaison à une boîte à fluide d'échangeur de chaleur.

[0018] Selon une autre caractéristique de l'invention, le flan en tôle pliée comprend en outre une partie d'extrémité pliée sensiblement à angle droit pour former un organe espaceur.

[0019] Cet organe espaceur est avantageusement situé à l'opposé des embouchures du canal, ce qui permet de solidariser entre eux les tubes d'un même échangeur de chaleur, dans une région opposée à la boîte à fluide.

[0020] Sous un autre aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un tube à circulation en U tel que défini précédemment, ce procédé comprenant les opérations suivantes :

• préparer un flan de tôle métallique,
• emboutir le flan de tôle pour former, à partir d'une face interne du flan de tôle, deux empreintes en creux en forme générale de U disposées symétriquement par rapport à une ligne de symétrie partageant le flan en deux parties,
• replier le flan de tôle sur lui-même de part et d'autre de cette ligne de symétrie et rapprocher mutuellement les deux parties du flan de tôle pour les mettre en contact du côté de la face interne, et
• braser entre elles les deux parties du flan de tôle, ce qui permet d'obtenir un canal en U délimité conjointement par les deux empreintes en U et présentant deux embouchures s'ouvrant sur un bord du flan plié.

[0021] Chacune des empreintes en U est avantageusement formée de deux branches sensiblement parallèles réunies par un coude.

[0022] Avantageusement, les coudes respectifs des deux empreintes en U sont situés symétriquement de part et d'autre de la ligne de symétrie.

[0023] Le flan de tôle est avantageusement en aluminium et est revêtu d'un alliage de brasure sur sa face interne.

[0024] Le procédé de l'invention peut comprendre en outre une opération consistant à découper le flan de tôle, dans l'épaisseur de chacune des deux parties du flan de tôle, pour séparer les deux embouchures du conduit en U.

[0025] Egalement, le procédé de l'invention peut comprendre une opération supplémentaire consistant à plier sensiblement à angle droit une partie d'extrémité du flan de tôle déjà pliée pour former un organe espaceur.

[0026] Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel :

• la figure 1 est une vue de face d'un flan de tôle préalablement embouti et découpé et prêt à être replié sur lui-même;
• la figure 2 est une vue en perspective d'un tube à circulation en U obtenu à partir du flan de tôle de la figure 1;
• la figure 3 est une vue partielle de côté d'un échangeur de chaleur comprenant une multiplicité de tubes en U selon la figure 2; et
• la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3.

[0027] On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui montre un flan 10 en tôle métallique de forme générale rectangulaire limité par deux grands côtés 12 et deux petits côtés 14. Le flan de tôle 10 a été embouti pour former, à partir d'une face interne F de ce dernier, deux empreintes en creux 16 en forme générale de U disposées symétriquement par rapport à une ligne de symétrie L qui partage le flan en deux parties 18. Cette ligne L s'étend parallèlement aux deux petits côtés 14 et à mi-distance de ces derniers.

[0028] Chacune des empreintes 16 a la forme générale d'un U et est formée de deux branches 20 sensiblement parallèles entre elles et aux grands côtés 12, ces deux branches étant en outre réunies entre elles par un coude 22. Ces deux coudes sont situés symétriquement de part et d'autre de la ligne de symétrie L.

[0029] Les deux branches 20 d'une empreinte 16 se terminent par des embouchures 24 qui aboutissent à un petit côté 14 formant bord libre du flan de tôle 10.

[0030] Ces embouchures 24 sont destinées à former des pieds de tubes, comme on le verra plus loin.

[0031] Pour faciliter l'emmanchement ultérieur des pieds de tubes, le flan 10 comprend entre chacune des paires d'embouchures 24 une découpe 26 formée à partir du bord libre 14.

[0032] On comprendra que les empreintes 16 sont formées en creux et que, en dehors de ces empreintes, la tôle est coplanaire. Ainsi, chacune des empreintes 16 est entourée par une bordure périphérique 28 et par une bordure intérieure 30, lesquelles bordures sont dans le plan initial de la tôle, avant son emboutissage.

[0033] Le flan de la figure 1 est ensuite replié sur lui-même, de part et d'autre de la ligne de symétrie L (comme montré par les flèches F) de manière à rapprocher mutuellement les deux parties 18 du flan de tôle pour les mettre en contact du côté de la face interne. Il en résulte que les bordures respectives 18 viennent en contact mutuel, de même que les bordures 30. Dans la position ainsi obtenue, les deux empreintes 16 délimitent conjointement un canal en U ayant deux embouchures s'ouvrant sur un bord du flan plié, comme on le voit sur la figure 2.

[0034] En outre, dans le cas particulier de la figure 2, le flan en tôle pliée comprend une partie d'extrémité 32 pliée sensiblement à angle droit. Cette partie 32 est obtenue par pliage autour d'une ligne de pliage P qui est parallèle à la ligne de symétrie L. Cette partie d'extrémité est destinée à former un organe d'espacement, comme on peut le voir sur la figure 3.

[0035] Le flan de tôle est avantageusement réalisé en aluminium, revêtu d'un alliage de brasure du côté de la face interne F. Ainsi, après pliage du flan de tôle sur lui-même, il est possible de former un tube en U en le soumettant à une cuisson dans un four approprié.

[0036] Cette opération de brasage peut s'effectuer sur le tube lui-même ou, de préférence, sur un ensemble de tubes formant échangeur de chaleur.

[0037] Il est à noter que les découpes 26 peuvent être, soit réalisées sur le flan avant pliage, soit sur le flan déjà replié.

[0038] Du fait des découpes 26, le tube en U présente deux pieds de tube 34 distants l'un de l'autre (figure 2).

[0039] On se réfère maintenant aux figures 3 et 4 qui montrent un échangeur de chaleur 36 comportant une multiplicité de tubes, chacun obtenu à partir d'un flan 10 comme décrit précédemment.

[0040] Les tubes sont disposés parallèlement entre eux et les deux pieds 34 de chaque tube sont introduits dans les trous 38 d'une plaque collectrice 40, laquelle comporte un bord replié 42 (figure 4). La plaque collectrice 40 vient coiffer une boîte à fluide 44 à section en U comportant une âme 46 et deux ailes 48 qui sont emmanchées dans les bords 42. Par ailleurs, une cloison longitudinale 50 est disposée entre la plaque collectrice 40 et la boîte à fluide 36 pour délimiter dans cette dernière deux compartiments adjacents qui communiquent, à chaque fois, avec deux embouchures distinctes 24 d'un même tube. Ainsi, un fluide caloporteur peut pénétrer dans l'un des compartiments de la boîte à fluide, circuler dans les différents tubes et gagner l'autre compartiment,-comme montré par les flèches sur la figure 4.

[0041] Entre deux tubes adjacents sont disposés à chaque fois des intercalaires ondulés 52 formant ailettes de refroidissement. En outre, deux plaques 54, dont une seule est visible sur la figure 3, sont prévues respectivement aux deux extrémités du faisceau.

[0042] Il est à noter que non seulement le flan de tôle 10, mais aussi la plaque collectrice 40, la boîte à fluide 36, la cloison 50 et les ailettes 52, sont avantageusement formées d'une matière métallique, généralement de l'aluminium, revêtue d'un placage de brasure.

[0043] Ainsi, après mise en place des différents éléments constitutifs d'un échangeur de chaleur, ces éléments peuvent être placés dans un four de brasage pour réaliser le brasage, et donc la solidarisation des différents éléments, en une seule opération.

[0044] Il est à noter que les parties repliées 32 des tubes forment des organes espaceurs (figure 3) qui contribuent également à la solidité mécanique de l'ensemble.

[0045] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple et il est possible d'envisager d'autres variantes.

[0046] Ainsi, le pliage du flan de tôle pourrait être effectué par rapport à une ligne de symétrie s'étendant parallèlement à la direction générale des branches des empreintes en U.

[0047] L'invention est destinée tout particulièrement aux échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles.

Revendications

1. Tube à circulation en U pour échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il est obtenu à partir d'un flan en tôle métallique (10) replié sur lui-même à partir d'une ligne de pliage (L) de manière à constituer deux parties (18) réunies entre elles par brasage du côté d'une face interne (F) du flan, ces deux parties (18) du flan étant embouties à partir de la face interne (F) pour constituer deux empreintes en creux (16) en forme générale de (U) qui délimitent conjointement un canal en U ayant deux embouchures (24, 34) s'ouvrant sur un bord du flan plié.

2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des empreintes en (U) (16) est formée de deux branches (20) sensiblement parallèles réunies par un coude (22).

3. Tube selon la revendication 2, caractérisé en ce que les coudes respectifs (22) des deux empreintes en (U)(16) sont situés symétriquement de part et d'autre de la ligne de pliage (L), le flan de tôle étant considéré à plat.

4. Tube selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le flan de tôle (10) est en aluminium et est revêtu d'un alliage de brasure sur sa face interne (F).

5. Tube selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le flan de tôle comporte une découpe (26) entre les deux embouchures (24) du canal en (U) pour séparer les deux embouchures.

6. Tube selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le flan en tôle pliée (10) comprend en outre une partie d'extrémité (32) pliée sensiblement à angle droit pour former un organe espaceur.

7. Procédé de fabrication d'un tube à circulation en (U) pour échangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes :

- préparer un flan de tôle métallique (10);

- emboutir le flan de tôle (10) pour former, à partir d'une face interne (F) du flan de tôle, deux empreintes en creux (16) en forme générale de (U) disposées symétriquement par rapport à une ligne de symétrie (L) partageant le flan (10) en deux parties (18);

- replier le flan (10) sur lui-même de part et d'autre de cette ligne de symétrie (L) et rapprocher mutuellement les deux parties (18) du flan de tôle pour les mettre en contact du côté de la face interne (F); et

- braser entre elles les deux parties (18) du flan de tôle (10), ce qui permet d'obtenir un canal en (U) délimité conjointement par les deux empreintes en (U)(16) et présentant deux embouchures (34) s'ouvrant sur un bord (14) du flan plié.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que chacune des empreintes en (U)(16) est formée de deux branches (20) sensiblement parallèles réunies par un coude (22).

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les coudes respectifs (22) des deux empreintes en (U)(16) sont situés symétriquement de part et d'autre de la ligne de symétrie (L).

10. Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le flan de tôle (10) est en aluminium et est revêtu d'un alliage de brasure sur sa face interne (F).

11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une opération consistant à découper le flan de tôle (10), dans l'épaisseur de chacune des deux parties (18) du flan de tôle, pour séparer les deux embouchures (24) du conduit en (U).

12. Procédé selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une opération supplémentaire consistant à plier sensiblement à angle droit une partie d'extrémité (32) du flan de tôle déjà plié pour former un organe espaceur.

13. Echangeur de chaleur comprenant une multiplicité de tubes en (U) selon l'une des revendications 1 à 6 ou tel qu'obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 7 à 12.

Dessins