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WO2017168082A1 - Procédé de fabrication d'un échangeur thermique - Google Patents

Procédé de fabrication d'un échangeur thermique Download PDF

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Publication number
WO2017168082A1
WO2017168082A1 PCT/FR2017/050700 FR2017050700W WO2017168082A1 WO 2017168082 A1 WO2017168082 A1 WO 2017168082A1 FR 2017050700 W FR2017050700 W FR 2017050700W WO 2017168082 A1 WO2017168082 A1 WO 2017168082A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
connector
tubing
insert
brazing
induction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2017/050700
Other languages
English (en)
Inventor
Georges De Pelsemaeker
Christophe Chevallier
Frédéric MESLIN
Joseph USEL
Jakub VODNANSKI
Damien RAGONDET
Radek HRADSKY
Jean-Yves HASCOËT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR1652718A external-priority patent/FR3049699B1/fr
Priority claimed from FR1653008A external-priority patent/FR3050020B1/fr
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of WO2017168082A1 publication Critical patent/WO2017168082A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0012Brazing heat exchangers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/002Soldering by means of induction heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04Tubular or hollow articles
    • B23K2101/14Heat exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/04Fastening; Joining by brazing
    • F28F2275/045Fastening; 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/26Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators
    • F28F9/262Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators for radiators
    • F28F9/268Arrangements for connecting different sections of heat-exchange elements, e.g. of radiators for radiators by permanent joints, e.g. by welding

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger and a method of manufacturing a heat exchanger.
  • Patent application US 201 1/0239696 discloses an evaporator which allows a heat exchange between the refrigerant circulating in the evaporator and the air flow intended to be delivered inside the passenger compartment which passes through the evaporator prior to its distribution inside the passenger compartment through an air distribution mouth of the air conditioning.
  • the evaporator has tubings for supplying and discharging refrigerant fluid.
  • the invention aims in particular to improve the mounting of the tubing or pipes.
  • the subject of the invention is a method for manufacturing a heat exchanger comprising a bundle of heat exchange channels in which a cooling fluid circulates, this exchanger being connected to at least one tubing, in particular an aluminum tubing, arranged to supply or delivery of the cooling fluid, the method comprising the following steps:
  • this connector may be a component of the heat exchanger or be a remote component mounted at one end of the pipe opposite the exchanger, - arrange the connection pipe on the connector to allow a fluid connection between them,
  • this amplifier insert is electrically more resistive than the connector and the tubing, brazing together the tubing and the connector by applying a magnetic induction at least to the amplifier insert, the amplifier insert remaining in contact with the connector during this step.
  • a soldering / induction welding process allows the heat fluxes to be better concentrated at the solder / solder location. This can preserve the mechanical properties and the corrosion resistance of the material, outside the soldering zone, because the solder is more punctual, faster and requires less energy.
  • the powers of the electric sources generating a stable induced field are quite important (4 to 10 kW).
  • concentrators can be used to concentrate the magnetic flux to the soldering / soldering zone and to reduce the power of electric sources.
  • the brazing / welding time can be further reduced by the invention.
  • the solder enhancement insert in particular made of iron or stainless steel, makes it possible to increase the energy efficiency of the induction since the skin effect is smaller for the amplifier insert than the aluminum tubing or connector. .
  • the invention makes it possible to preserve the mechanical properties of the connector, in particular the hardness, on the opposite side to the tubing in reducing the heating time and the average temperature of the room.
  • the heat is concentrated on the soldering / welding area.
  • the tubing and the connector are made of aluminum and the amplifier insert has a higher electrical resistivity than aluminum.
  • the electrical conductivity of the amplifier insert is less than 12.10 6 S / m.
  • the thermal conductivity of the amplifier insert is less than 80 W / mK.
  • the insert is made of iron.
  • the insert is made of stainless steel.
  • the method comprises the following step:
  • a stripping stream can be applied or not.
  • this material supply member has an annular shape.
  • This member may for example be a soldering ring.
  • the organ can be a wire.
  • this material supply member comprises a metal, for example comprises an Si / Al alloy.
  • the connector comprises a passage for at least partially receiving the tubing, and a groove is arranged between the tubing and this passage to receive the material supply member.
  • the connector comprises a chamfered edge at the entrance of the passage so as to arrange said groove.
  • the connector may be an interface flange on the exchanger.
  • the connector may be a block mounted at one end of the tubes.
  • the method comprises the following step:
  • the magnetic induction is generated by an induction generator.
  • this generator comprises a flow concentrator, which is remote from the tubing and the connector during the application of the induction.
  • the method comprises the following step: arrange several amplifier inserts in contact with at least one of the connector and the tubing.
  • the amplifier insert is disposed outside the tubing.
  • the outer insert comprises two annular parts arranged to surround the tubing forming a ring.
  • the insert may be a ring disposed in the vicinity of the soldering ring.
  • the amplifier insert is disposed inside the tubing.
  • the inner insert is a full or hollow cylinder.
  • the insert has a chamfered edge so as to avoid injuring the tubing when the insert is approaching the tubing.
  • the induction generator comprises a lower U-shaped sheet placed around the connector during the induction step.
  • the lower U-shaped sheet is extended on each side upwards by a U-shaped bend oriented towards the inside of the connector, each bend extending by a rectilinear arm parallel to an upper edge of the connector.
  • One or two concentrators can be mounted on the layers that generate the induction. These hubs can for example face each other.
  • the insert comprises at least one mask pressed against at least one face of the connector so as to increase the concentration of heat at the brazing point.
  • the mask has a U-shape.
  • the parallel arms of the U each have a width of between 10mm and 14mm.
  • the transverse branch of the U has a width smaller than the width of the parallel arms of the U.
  • the parallel branches of the U are folded over an edge of the connector.
  • two masks are plated on two opposite faces of the connector.
  • these two masks are symmetrical with respect to each other.
  • the mask has a thickness of less than 1 mm.
  • the insert is left in place on the connector at the end of the manufacturing process.
  • the insert is a ring, in particular iron.
  • the insert is introduced between the connector and the tubing, before the soldering step. According to one aspect of the invention, the insert is placed in a groove of the connector.
  • the insert is placed between the connector and a brazing material supplying member so that, after the induction step, the insert is covered, in particular totally, by the melt of the material supply member in particular to avoid contact with the outside.
  • the insert has a smaller volume than that of the material supply member.
  • the annular insert has an oval, oblong or rectangular cross-section.
  • the amplifier insert is a separate part of the material supply member.
  • the amplifier insert is integrated in the material supply member.
  • the amplifier insert is assembled with the material supply member, for example by gluing.
  • the exchanger is an evaporator or a condenser for the air conditioning system, or any other heat exchange device such as a water cooler or chiller.
  • the invention also relates to a heat exchanger, in particular for an air conditioning system, in particular a motor vehicle, obtained according to the method described above, this heat exchanger comprising: a bundle of heat exchange channels in which circulates a cooling fluid,
  • a connector arranged to be in fluid communication with at least one of the channels of the beam
  • connection pipe mounted on the connector by induction brazing.
  • the subject of the invention is, independently or in combination with the foregoing, a method of manufacturing a heat exchanger comprising a bundle of heat exchange channels in which a cooling fluid circulates, this exchanger being connected to at least one a tubing, in particular an aluminum tubing, arranged for supplying or discharging the cooling fluid, the method comprising the following steps:
  • this connector may be a component of the heat exchanger or be a remote component mounted at one end of the pipe opposite the exchanger, - arrange a connecting pipe on the connector to allow a fluid connection,
  • brazing together the tubing and the connector by arranging a solder member, in particular a brazing ring, between this tubing and this connector and by applying a magnetic induction to melt this solder material supply member ,
  • a soldering / induction welding process allows the heat fluxes to be better concentrated at the solder / solder location. This can preserve the mechanical properties and the corrosion resistance of the material, outside the soldering zone, because the solder is more punctual, faster and requires less energy.
  • the powers of the electric sources generating a stable induced field are quite important (4 to 10 kW).
  • concentrators can be used to focus magnetic flux to the soldering / soldering zone and to reduce the powers of the electric sources.
  • the invention makes it possible to control the soldering well by making it possible to eliminate defects due to excessive or insufficient exposure to heat. Monitoring the evolution of the radiated temperature of the soldering ring makes it possible to stop the induction at the right moment.
  • the invention also makes it possible to adjust the brazing time to ambient temperature. In general, the brazing / welding time can be optimized thanks to the invention.
  • the invention makes it possible to preserve the mechanical properties of the connector, in particular the hardness, on the opposite side to the tubing by optimizing the heating time and the average temperature of the part.
  • the detection of the evolution of the radiated temperature of the brazing ring is carried out by measuring an evolution of the infrared radiation of the brazing ring, which radiation is representative of the radiated temperature.
  • the measurement of the evolution of the radiated temperature of the brazing ring is advantageously carried out using a thermal camera.
  • the tubing and the connector are made of aluminum.
  • the connector may be an interface flange on the exchanger.
  • the connector may be a block mounted at one end of the tubes.
  • the material supply member has an annular shape. This member may for example be a soldering ring.
  • the organ can be a wire.
  • this material supply member comprises a metal, for example comprises an Si / Al alloy.
  • the magnetic induction is generated by an induction generator.
  • this generator comprises a flow concentrator, which is remote from the tubing and the connector during the application of the induction.
  • the induction generator comprises a lower U-shaped sheet placed around the connector during the induction step.
  • the lower U-shaped sheet is extended on each side upwards by a U-shaped bend oriented towards the inside of the connector, each bend extending by a rectilinear arm parallel to an upper edge of the connector.
  • One or two concentrators can be mounted on the layers that generate the induction. These hubs can for example face each other.
  • the invention also relates to a heat exchanger, in particular for an air conditioning system, especially a motor vehicle, this heat exchanger being obtained using the method described above.
  • the exchanger is an evaporator or a condenser for the air conditioning system, or any other heat exchange device such as a water cooler or "chiller" in English.
  • FIG. 1 diagrammatically and partially illustrates an evaporator according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2a and 2b illustrate, schematically and partially, an induction generator for implementing the method according to the invention, according to two views,
  • FIGS. 3 to 5 illustrate various embodiments of the invention
  • FIG. 6 schematically illustrates the implementation of the method with the camera
  • FIG. 7 is a block diagram of the steps of the method of FIG. 6.
  • FIG. 1 shows a heat exchanger 1 according to the invention.
  • This heat exchanger can be used in particular as an evaporator of an air conditioning circuit of a motor vehicle, in which a first fluid circulates, such as a coolant in the supercritical state, such as CO2 in particular.
  • the heat exchanger 1 is for example intended to condition a second fluid, such as the flow of air to the passenger compartment of the motor vehicle, by heat exchange with the refrigerant circulating in the heat exchanger.
  • the heat exchanger 1 is for example placed inside an air conditioning unit generally located in the passenger compartment of the vehicle.
  • the refrigerant evaporating within the heat exchanger 1 working in evaporator captures caloric energy from the air flow to the passenger compartment, to allow the passage of refrigerant from a liquid phase to a gas phase.
  • the heat exchanger 1 comprises a stack of tubes or heat exchange channels 3 stacked.
  • the beam also has two closure plates 5 on either side of the heat exchange tubes 3, that is to say at the longitudinal ends of the beam. At least one of the closure plates 5 has at least one orifice which opens into a nozzle 47 or 49 for the supply or delivery of refrigerant fluid.
  • the method of manufacturing the exchanger comprises the following steps:
  • the electrical conductivity of the amplifier insert is less than 12.10 6 S / m. According to one aspect of the invention, the thermal conductivity of the amplifier insert is less than 80 W / mK.
  • the insert 1 1 is made of iron or stainless steel base.
  • This material supply member 12 has an annular shape.
  • the connector 10 has a passage 14 for partially receiving the tubing 7; 9, and a groove 15 is arranged between the tubing and this passage to receive the material supply member 12.
  • the connector 10 has a chamfered edge 16 at the entrance of the passage so as to arrange said groove 15.
  • the amplifier insert 1 1 is removed from the tubing 7; 9 and the connector 10 once the tubing and the connector are soldered together.
  • several amplifying inserts 1 1 in contact with the connector and the tubing are used several amplifying inserts 1 1 in contact with the connector and the tubing.
  • One of the amplifying inserts 1 1 is disposed outside the tubing and comprises two annular portions 1 1 a and 1 1 b arranged to surround the tubing forming a ring.
  • the other amplifier insert 1 1 is disposed inside the tubing.
  • the inner insert is a full or hollow cylinder.
  • the insert 1 1 has a chamfered edge 19 so as to avoid injuring the tubing 7; 9 when the insert is approaching the tubing.
  • the magnetic induction is generated by an induction generator 20.
  • This generator 20 may comprise a flux concentrator 39, which is remote from the tubing and the connector during the application of induction.
  • the induction generator 20 comprises a lower U-shaped sheet 21 placed around the connector during the induction step.
  • the lower U-shaped sheet 21 is extended on each side upwards by a U-shaped bend 22 oriented towards the inside of the connector, each bend being extended by a rectilinear arm 23 parallel to an upper edge 24 of the connector 10.
  • the two concentrators 39 are mounted on the ply 21 and the arms 23. These concentrators 39 are disposed on either side of the block 10.
  • the insert 1 1 comprises two masks 30 each clad against a face 31 of the connector so as to increase the heat concentration at the brazing point.
  • the mask 30 has a U-shape.
  • the parallel arms 33 of the U each have a width of between 10mm and 14mm.
  • the transverse branch 34 of the U has a width smaller than the width of the parallel arms of the U.
  • the parallel branches 33 of the U are folded over an edge of the connector. These two masks 30 are symmetrical with respect to each other.
  • the insert 1 1 is left in place on the connector at the end of the manufacturing process.
  • the insert is a ring 40, in particular of iron.
  • the insert 40 is inserted between the connector 10 and the tubing 7; 9, before the soldering step. and is placed in a groove 41 of the connector.
  • the insert 40 is placed between the connector and a brazing material supplying member 42 so that, after the induction step, the insert is covered, in particular completely, by the molten material of the material supply member especially to avoid contact with the outside.
  • the insert 40 has a smaller volume than that of the material delivery member 42.
  • the annular insert 40 has an oval, oblong or rectangular cross-section. According to one aspect of the invention, the amplifier insert is a separate part of the material supply member.
  • the method of manufacturing the exchanger comprises the following steps:
  • connection pipes 7 and 9 on the connector
  • brazing together the pipes 7 and 9 and the connector 10 by arranging a brazing ring 42 based on a Si / Al alloy, between the respective tubing 7, 9 and this connector 10 and initiating the application of a magnetic induction to melt this brazing ring 42 (step 50 of FIG. 7),
  • the detection of the evolution of the radiated temperature of the brazing ring is carried out by measuring a variation of the infrared radiation of the brazing ring by means of an infrared thermal camera 55, as illustrated in FIG.
  • the camera 55 associated with a data processing unit makes it possible to establish an evolution of the radiated temperature (curve 61) as illustrated in the graph 60 of FIG. 3 on which the variation is also represented.
  • the temperature in situ of the ring 42 (curve 62) as a function of time t.
  • the in situ temperature of the ring 42 (curve 62) and its radiated temperature (curve 61) measured by the camera 55 increase until the ring 42 begins to melt. At this moment, the radiated temperature makes a jump while the temperature in situ stabilizes because of the phase change of the ring 42.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un échangeur thermique comportant un faisceau de canaux d'échange thermique dans lesquels circule un fluide de refroidissement, cet échangeur étant relié à au moins une tubulure, notamment une tubulure en aluminium, agencée pour l'alimentation ou le refoulement du fluide de refroidissement, le procédé comportant les étapes suivantes : - fournir un connecteur (10) agencé pour être en communication fluidique avec la tubulure, ce connecteur pouvant être un composant de l'échangeur ou être un composant déporté monté à une extrémité de la tubulure opposée à l'échangeur, - disposer une tubulure de raccordement (7;9) sur le connecteur en vue de permettre une liaison fluidique entre eux, - disposer un insert amplificateur de brasure (11, 30, 40) en contact avec l'un au moins du connecteur et de la tubulure, cet insert amplificateur étant électriquement plus résistif que le connecteur et la tubulure, - braser ensemble la tubulure et le connecteur en appliquant une induction magnétique au moins à l'insert amplificateur, l'insert amplificateur restant en contact avec le connecteur lors de cette étape.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN ECHANGEUR THERMIQUE
L'invention concerne un échangeur thermique et un procédé de fabrication d'un échangeur thermique.
On connaît par la demande de brevet US 201 1/0239696 un évaporateur qui permet un échange thermique entre le fluide réfrigérant circulant dans l'évaporateur et le flux d'air destiné à être délivré à l'intérieur de l'habitacle qui traverse l'évaporateur préalablement à sa distribution à l'intérieur de l'habitacle à travers une bouche de distribution d'air de la climatisation. L'évaporateur comporte des tubulures pour l'alimentation et le refoulement en fluide réfrigérant.
L'invention vise notamment à améliorer le montage de la ou des tubulures. L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un échangeur thermique comportant un faisceau de canaux d'échange thermique dans lesquels circule un fluide de refroidissement, cet échangeur étant relié à au moins une tubulure, notamment une tubulure en aluminium, agencée pour l'alimentation ou le refoulement du fluide de refroidissement, le procédé comportant les étapes suivantes :
- fournir un connecteur agencé pour être en communication fluidique avec la tubulure, ce connecteur pouvant être un composant de l'échangeur ou être un composant déporté monté à une extrémité de la tubulure opposée à l'échangeur, - disposer la tubulure de raccordement sur le connecteur en vue de permettre une liaison fluidique entre eux,
- disposer un insert amplificateur de brasure en contact avec l'un au moins du connecteur et de la tubulure, cet insert amplificateur étant électriquement plus résistif que le connecteur et la tubulure, - braser ensemble la tubulure et le connecteur en appliquant une induction magnétique au moins à l'insert amplificateur, l'insert amplificateur restant en contact avec le connecteur lors de cette étape.
Un procédé de brasage / soudage par induction permet de mieux concentrer les flux thermiques à l'endroit de la brasure/soudure. Ceci peut permettre de préserver les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion de la matière, hors de la zone de brasage, car la brasure est plus ponctuelle, plus rapide et nécessite moins d'énergie.
Les puissances des sources électriques générant un champ induit stable sont assez importantes (4 a 10 kW).
Pour réduire les temps de soudage/brasage, de plusieurs minutes à moins d'une minute, par exemple d'environ 90 secondes à 30 secondes, des concentrateurs peuvent être utilisés afin de concentrer le flux magnétique vers la zone de soudage/brasage et pour réduire les puissances des sources électriques.
Le temps de brasage/soudage peut être encore réduit grâce à l'invention. En particulier, l'insert amplificateur de brasure, notamment en fer ou acier inox, permet d'augmenter le rendement énergétique de l'induction car l'effet de peau est plus petit pour l'insert amplificateur que la tubulure ou le connecteur en aluminium.
Le fait de placer un insert amplificateur à l'endroit de la brasure permet d'augmenter rapidement la température de l'aluminium, par exemple le connecteur, en contact et de faire ainsi fondre la matière d'apport.
L'invention permet de conserver les propriétés mécaniques du connecteur, notamment la dureté, sur le côté opposé à la tubulure en réduisant le temps de chauffe et la température moyenne de la pièce. La chaleur est concentrée sur la zone de brasage/soudage.
Selon un aspect de l'invention, la tubulure et le connecteur sont réalisés à base d'aluminium et l'insert amplificateur présente une résistivité électrique plus élevée que celle de l'aluminium.
Selon un aspect de l'invention, la conductivité électrique de l'insert amplificateur est inférieure à 12.106 S/m.
Selon un aspect de l'invention, la conductivité thermique de l'insert amplificateur est inférieure à 80 W/mK. Selon un aspect de l'invention, l'insert est réalisé à base de fer.
Selon un aspect de l'invention, l'insert est réalisé à base d'acier inox.
Selon un aspect de l'invention, le procédé comporte l'étape suivante :
- disposer un organe d'apport de matière de brasage entre la tubulure et le connecteur, avant l'application de l'induction magnétique, cet organe d'apport de matière de brasage étant fondu par l'application de l'induction.
Un flux de décapage peut être appliqué ou non.
Selon un aspect de l'invention, cet organe d'apport de matière présente une forme annulaire. Cet organe peut par exemple être un anneau de brasage. L'organe peut être un fil.
Selon un aspect de l'invention, cet organe d'apport de matière comporte un métal, par exemple comporte un alliage Si/AI.
Selon un aspect de l'invention, le connecteur comporte un passage pour recevoir au moins partiellement la tubulure, et une gorge est agencée entre la tubulure et ce passage pour recevoir l'organe d'apport de matière.
Selon un aspect de l'invention, le connecteur comporte un bord chanfreiné à l'entrée du passage de manière à aménager ladite gorge. Le connecteur peut être une bride d'interface sur l'échangeur. En variante, le connecteur peut être un bloc monté à une extrémité des tubulures.
Selon un aspect de l'invention, le procédé comporte l'étape suivante :
- retirer l'insert amplificateur de la tubulure et du connecteur une fois que la tubulure et le connecteur sont brasés ensemble.
Selon un aspect de l'invention, l'induction magnétique est générée par un générateur d'induction. Selon un aspect de l'invention, ce générateur comporte un concentrateur de flux, lequel est à distance de la tubulure et du connecteur lors de l'application de l'induction.
Selon un aspect de l'invention, le procédé comporte l'étape suivante : disposer plusieurs inserts amplificateurs en contact avec l'un au moins du connecteur et de la tubulure.
Selon un aspect de l'invention, l'insert amplificateur est disposé à l'extérieur de la tubulure.
Selon un aspect de l'invention, l'insert extérieur comporte deux parties annulaires agencées pour entourer la tubulure en formant un anneau. Par exemple l'insert peut être un anneau disposé au voisinage de l'anneau de brasage.
Selon un aspect de l'invention, l'insert amplificateur est disposé à l'intérieur de la tubulure. Par exemple l'insert intérieur est un cylindre plein ou creux. Selon un aspect de l'invention, l'insert comporte un bord chanfreiné de manière à éviter de blesser la tubulure lorsque l'insert est approché de la tubulure. Selon un aspect de l'invention, le générateur d'induction comporte une nappe inférieure en U mis en place autour du connecteur lors de l'étape d'induction.
Selon un aspect de l'invention, la nappe inférieure en U se prolonge de chaque côté vers le haut par un coude en U orienté vers l'intérieur du connecteur, chaque coude se prolongeant par un bras rectiligne parallèle à une arête supérieure du connecteur.
Un ou deux concentrateurs peuvent être montés sur les nappes qui génèrent l'induction. Ces concentrateurs peuvent par exemple se faire face mutuellement.
Selon un aspect de l'invention, l'insert comporte au moins un masque plaqué contre au moins une face du connecteur de manière à augmenter la concentration de chaleur à l'endroit du brasage.
Selon un aspect de l'invention, le masque présente une forme en U. Selon un aspect de l'invention, les bras parallèles du U présentent chacun une largeur comprise entre 10mm et 14mm.
Selon un aspect de l'invention, la branche transversale du U présente une largeur plus faible que la largeur des bras parallèles du U.
Selon un aspect de l'invention, les branches parallèles du U sont repliées sur une arête du connecteur.
Selon un aspect de l'invention, deux masques sont plaqués sur deux faces opposées du connecteur.
Selon un aspect de l'invention, ces deux masques sont symétriques l'un par rapport à l'autre. Selon un aspect de l'invention, le masque présente une épaisseur inférieure à 1 mm.
Selon un aspect de l'invention, l'insert est laissé en place sur le connecteur à l'issu du procédé de fabrication. Selon un aspect de l'invention, l'insert est un anneau, notamment en fer.
Selon un aspect de l'invention, l'insert est introduit entre le connecteur et la tubulure, avant l'étape de brasage. Selon un aspect de l'invention, l'insert est placé dans une gorge du connecteur.
Selon un aspect de l'invention, l'insert est placé entre le connecteur et un organe d'apport de matière de brasage de manière à ce que, après l'étape d'induction, l'insert est recouvert, notamment totalement, par la matière fondue de l'organe d'apport de matière notamment pour éviter tout contact avec l'extérieur.
Selon un aspect de l'invention, l'insert présente un volume plus faible que celui de l'organe d'apport de matière.
Selon un aspect de l'invention, l'insert annulaire présente une section transversale ovale, oblongue ou rectangulaire.
Selon un aspect de l'invention, l'insert amplificateur est une pièce distincte de l'organe d'apport de matière.
Selon un aspect de l'invention, l'insert amplificateur est intégré dans l'organe d'apport de matière. Selon un aspect de l'invention, l'insert amplificateur est assemblé avec l'organe d'apport de matière, par exemple par collage.
Selon un aspect de l'invention, l'échangeur est un évaporateur ou un condenseur pour le système de climatisation, ou tout autre dispositif d'échange thermique tel qu'un refroidisseur d'eau ou chiller. L'invention concerne encore un échangeur thermique, notamment pour un système de climatisation, notamment de véhicule automobile, obtenu selon le procédé décrit ci-dessus, cet échangeur thermique comportant : un faisceau de canaux d'échange thermique dans lesquels circule un fluide de refroidissement,
un connecteur agencé pour être en communication fluidique avec l'un au moins des canaux du faisceau,
une tubulure de raccordement monté sur le connecteur par brasage par induction.
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d'un échangeur thermique comportant un faisceau de canaux d'échange thermique dans lesquels circule un fluide de refroidissement, cet échangeur étant relié à au moins une tubulure, notamment une tubulure en aluminium, agencée pour l'alimentation ou le refoulement du fluide de refroidissement, le procédé comportant les étapes suivantes :
- fournir un connecteur agencé pour être en communication fluidique avec la tubulure, ce connecteur pouvant être un composant de l'échangeur ou être un composant déporté monté à une extrémité de la tubulure opposée à l'échangeur, - disposer une tubulure de raccordement sur le connecteur en vue de permettre une liaison fluidique,
- braser ensemble la tubulure et le connecteur en disposant un organe d'apport de matière de brasage, notamment un anneau de brasage, entre cette tubulure et ce connecteur et en appliquant une induction magnétique pour faire fondre cet organe d'apport de matière de brasage,
- détecter l'évolution de la température rayonnée de l'organe d'apport de matière de brasage lors de l'application de l'induction de manière à arrêter cette induction lorsque le brasage est terminé après fusion de l'organe d'apport de matière.
Un procédé de brasage / soudage par induction permet de mieux concentrer les flux thermiques à l'endroit de la brasure/soudure. Ceci peut permettre de préserver les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion de la matière, hors de la zone de brasage, car la brasure est plus ponctuelle, plus rapide et nécessite moins d'énergie.
Les puissances des sources électriques générant un champ induit stable sont assez importantes (4 a 10 kW).
Pour réduire les temps de soudage/brasage, de plusieurs minutes à moins d'une minute, par exemple d'environ 90 secondes à 10-30 secondes, des concentrateurs peuvent être utilisés afin de concentrer le flux magnétique vers la zone de soudage/brasage et pour réduire les puissances des sources électriques.
L'invention permet de bien contrôler le brasage en permettant de supprimer des défauts dus à une exposition excessive ou insuffisante à la chaleur. Le suivi de l'évolution de la température rayonnée de l'anneau de brasage permet d'arrêter l'induction au bon moment. L'invention permet également d'ajuster le temps de brasage à la température ambiante. D'une manière générale, le temps de brasage/soudage peut être optimisé grâce à l'invention.
L'invention permet de conserver les propriétés mécaniques du connecteur, notamment la dureté, sur le côté opposé à la tubulure en optimisant le temps de chauffe et la température moyenne de la pièce.
Selon un aspect de l'invention, la détection de l'évolution de la température rayonnée de l'anneau de brasage est réalisée en mesurant une évolution du rayonnement infrarouge de l'anneau de brasage, rayonnement qui est représentatif de la température rayonnée. La mesure de l'évolution de la température rayonnée de l'anneau de brasage est avantageusement réalisée à l'aide d'une caméra thermique.
Selon un aspect de l'invention, la tubulure et le connecteur sont réalisés à base d'aluminium. Le connecteur peut être une bride d'interface sur l'échangeur. En variante, le connecteur peut être un bloc monté à une extrémité des tubulures.
L'organe d'apport de matière présente une forme annulaire. Cet organe peut par exemple être un anneau de brasage. L'organe peut être un fil.
Selon un aspect de l'invention, cet organe d'apport de matière comporte un métal, par exemple comporte un alliage Si/AI.
Selon un aspect de l'invention, l'induction magnétique est générée par un générateur d'induction. Selon un aspect de l'invention, ce générateur comporte un concentrateur de flux, lequel est à distance de la tubulure et du connecteur lors de l'application de l'induction.
Selon un aspect de l'invention, le générateur d'induction comporte une nappe inférieure en U mis en place autour du connecteur lors de l'étape d'induction.
Selon un aspect de l'invention, la nappe inférieure en U se prolonge de chaque côté vers le haut par un coude en U orienté vers l'intérieur du connecteur, chaque coude se prolongeant par un bras rectiligne parallèle à une arête supérieure du connecteur. Un ou deux concentrateurs peuvent être montés sur les nappes qui génèrent l'induction. Ces concentrateurs peuvent par exemple se faire face mutuellement. L'invention a encore pour objet un échangeur thermique, notamment pour un système de climatisation, notamment de véhicule automobile, cet échangeur thermique étant obtenu à l'aide du procédé décrit ci-dessus.
Selon un aspect de l'invention, l'échangeur est un évaporateur ou un condenseur pour le système de climatisation, ou tout autre dispositif d'échange thermique tel qu'un refroidisseur d'eau ou « chiller » en anglais.
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemples non limitatifs en référence au dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 illustre, schématiquement et partiellement, un évaporateur selon un exemple de réalisation de l'invention,
- la figure 2a et 2b illustrent, schématiquement et partiellement, un générateur d'induction pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention, selon deux vues,
- les figures 3 à 5 illustrent différents modes de réalisation de l'invention,
- la figure 6 illustre schématiquement la mise en œuvre du procédé avec la caméra,
- la figure 7 est un schéma bloc des étapes du procédé de la figure 6.
On a représenté sur la figure 1 un échangeur thermique 1 selon l'invention. Cet échangeur thermique peut être notamment utilisé en tant qu'évaporateur d'une boucle de climatisation d'un véhicule automobile, dans laquelle circule un premier fluide, tel qu'un fluide réfrigérant à l'état supercritique, tel que du CO2 notamment.
L'échangeur thermique 1 est par exemple destiné à conditionner un deuxième fluide, tel que le flux d'air à destination de l'habitacle du véhicule automobile, par échange thermique avec le fluide réfrigérant circulant dans l'échangeur thermique. L'échangeur thermique 1 est par exemple placé à l'intérieur d'un boîtier de climatisation généralement situé dans l'habitacle du véhicule.
Lorsque la boucle de climatisation fonctionne de façon à refroidir le flux d'air à destination de l'habitacle, le fluide réfrigérant s'évaporant au sein de l'échangeur thermique 1 travaillant en évaporateur capte de l'énergie calorique du flux d'air à destination de l'habitacle, afin de permettre le passage du fluide réfrigérant d'une phase liquide à une phase gazeuse.
Selon l'exemple illustré, l'échangeur thermique 1 comprend un faisceau de tubes ou canaux d'échange thermique 3 empilés.
Le faisceau présente en outre deux plaques de fermeture 5 de part et d'autre des tubes d'échange thermique 3, c'est-à-dire aux extrémités longitudinales du faisceau. Au moins l'une des plaques de fermeture 5 présente au moins un orifice qui débouche dans un embout 47 ou 49 pour l'alimentation ou le refoulement en fluide réfrigérant.
Dans le cas où le fluide réfrigérant est du C02, les plaques de fermeture 5 sont absentes.
Sur ces embouts 47 et 49 côte à côte, se raccordent respectivement des tubulures 7 et 9.
Ces tubulures 7, 9 se raccordent, à leurs extrémités opposées à l'échangeur 1 , à un bloc 10 généralement en aluminium formant un connecteur au sens de l'invention.
Dans l'exemple de la figure 3, le procédé de fabrication de l'échangeur comporte les étapes suivantes :
- disposer la tubulure 7 ;9 de raccordement sur le connecteur 10 en vue de permettre une liaison fluidique entre eux,
- disposer un insert amplificateur de brasure 1 1 en contact avec l'un au moins du connecteur 10 et de la tubulure 7 ;9, cet insert amplificateur étant électriquement plus résistif que le connecteur et la tubulure, - braser ensemble la tubulure 7 ;9 et le connecteur 10 en appliquant une induction magnétique au moins à l'insert amplificateur 1 1 , l'insert amplificateur restant en contact avec le connecteur lors de cette étape. La tubulure 7 ;9 et le connecteur 10 sont réalisés à base d'aluminium et l'insert amplificateur présente une résistivité électrique plus élevée que celle de l'aluminium.
Selon un aspect de l'invention, la conductivité électrique de l'insert amplificateur est inférieure à 12.106 S/m. Selon un aspect de l'invention, la conductivité thermique de l'insert amplificateur est inférieure à 80 W/mK.
L'insert 1 1 est réalisé à base de fer ou à base d'acier inox.
Un organe d'apport de matière 12 de brasage entre la tubulure 7 ;9 et le connecteur 10, avant l'application de l'induction magnétique, cet organe d'apport de matière de brasage étant fondu par l'application de l'induction.
Cet organe d'apport de matière 12 présente une forme annulaire.
Le connecteur 10 comporte un passage 14 pour recevoir partiellement la tubulure 7 ;9, et une gorge 15 est agencée entre la tubulure et ce passage pour recevoir l'organe d'apport de matière 12.
Le connecteur 10 comporte un bord chanfreiné 16 à l'entrée du passage de manière à aménager ladite gorge 15.
L'insert amplificateur 1 1 est retiré de la tubulure 7 ;9 et du connecteur 10 une fois la tubulure et le connecteur sont brasés ensemble. Dans l'exemple de la figure 3, sont utilisés plusieurs inserts amplificateurs 1 1 en contact avec le connecteur et la tubulure. Lun des inserts amplificateurs 1 1 est disposé à l'extérieur de la tubulure et comporte deux parties annulaires 1 1 a et 1 1 b agencées pour entourer la tubulure en formant un anneau.
L'autre insert amplificateur 1 1 est disposé à l'intérieur de la tubulure. Par exemple l'insert intérieur est un cylindre plein ou creux.
L'insert 1 1 comporte un bord chanfreiné 19 de manière à éviter de blesser la tubulure 7 ;9 lorsque l'insert est approché de la tubulure.
Comme illustré sur les figures 2a et 2b, l'induction magnétique est générée par un générateur d'induction 20. Ce générateur 20 peut comporter un concentrateur de flux 39, lequel est à distance de la tubulure et du connecteur lors de l'application de l'induction.
Le générateur d'induction 20 comporte une nappe inférieure en U 21 mis en place autour du connecteur lors de l'étape d'induction. La nappe inférieure en U 21 se prolonge de chaque côté vers le haut par un coude en U 22 orienté vers l'intérieur du connecteur, chaque coude se prolongeant par un bras rectiligne 23 parallèle à une arête supérieure 24 du connecteur 10.
Les deux concentrateurs 39, visibles schématiquement sur la figure 2b, sont montés sur la nappe 21 et les bras 23. Ces concentrateurs 39 sont disposés de part et d'autre du bloc 10.
Dans une variante illustrée à la figure 4, l'insert 1 1 comporte deux masques 30 plaqués chacun contre une face 31 du connecteur de manière à augmenter la concentration de chaleur à l'endroit du brasage. Le masque 30 présente une forme en U.
Les bras 33 parallèles du U présentent chacun une largeur comprise entre 10mm et 14mm. La branche transversale 34 du U présente une largeur plus faible que la largeur des bras parallèles du U.
Les branches 33 parallèles du U sont repliées sur une arête du connecteur. Ces deux masques 30 sont symétriques l'un par rapport à l'autre.
Dans la variante de la figure 5, l'insert 1 1 est laissé en place sur le connecteur à l'issu du procédé fabrication. L'insert est un anneau 40, notamment en fer.
L'insert 40 est introduit entre le connecteur 10 et la tubulure 7 ;9, avant l'étape de brasage. et est placé dans une gorge 41 du connecteur.
L'insert 40 est placé entre le connecteur et un organe d'apport de matière de brasage 42 de manière à ce que, après l'étape d'induction, l'insert est recouvert, notamment totalement, par la matière fondue de l'organe d'apport de matière notamment pour éviter tout contact avec l'extérieur.
L'insert 40 présente un volume plus faible que celui de l'organe d'apport de matière 42.
L'insert annulaire 40 présente une section transversale ovale, oblongue ou rectangulaire. Selon un aspect de l'invention, l'insert amplificateur est une pièce distincte de l'organe d'apport de matière.
Le procédé de fabrication de l'échangeur comporte les étapes suivantes :
- disposer les tubulures 7 et 9 de raccordement sur le connecteur
10 en vue de permettre une liaison fluidique,
- braser ensemble les tubulures 7 et 9 et le connecteur 10 en disposant un anneau de brasage 42 à base d'un alliage Si/AI, entre la tubulure 7,9 respective et ce connecteur 10 et en initiant l'application d'une induction magnétique pour faire fondre cet anneau de brasage 42 (étape 50 de la figure 7),
- détecter l'évolution de la température rayonnée de cet anneau de brasage 42 lors de l'application de l'induction (étape 51 de la figure 7),
- arrêter cette induction lorsque le point de fusion cet anneau de brasage 42 est atteint et le brasage terminé (étape 52 de la figure 7).
La détection de l'évolution de la température rayonnée de l'anneau de brasage est réalisée en mesurant une variation du rayonnement infrarouge de l'anneau de brasage à l'aide d'une caméra thermique infrarouge 55, comme illustré sur la figure 6.
En particulier la caméra 55 associée à une unité de traitement de données, par exemple un ordinateur, permet d'établir une évolution de la température rayonnée (courbe 61 ) comme illustré sur le graphe 60 de la figure 3 sur lequel est également représentée la variation de la température in situ de l'anneau 42 (courbe 62) en fonction du temps t.
Lorsque l'induction est appliquée, la température in situ de l'anneau 42 (courbe 62) et sa température rayonnée (courbe 61 ) mesurée par la caméra 55 augmentent jusqu'à ce que l'anneau 42 commence à fondre. A ce moment, la température rayonnée fait un saut tandis que la température in situ se stabilise du fait du changement de phase de l'anneau 42.
Lorsque la température rayonnée (courbe 61 ) atteint une valeur T1 , l'induction est encore appliquée pendant une durée D prédéterminée pour terminer le brasage.
Puis les températures in situ et rayonnée entament une baisse après coupure de l'induction.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication d'un échangeur thermique comportant un faisceau de canaux d'échange thermique dans lesquels circule un fluide de refroidissement, cet échangeur étant relié à au moins une tubulure, notamment une tubulure en aluminium, agencée pour l'alimentation ou le refoulement du fluide de refroidissement, le procédé comportant les étapes suivantes :
- fournir un connecteur (10) agencé pour être en communication fluidique avec la tubulure, ce connecteur pouvant être un composant de l'échangeur ou être un composant déporté monté à une extrémité de la tubulure opposée à l'échangeur,
- disposer une tubulure de raccordement (7 ;9) sur le connecteur en vue de permettre une liaison fluidique entre eux,
- disposer un insert amplificateur de brasure (1 1 , 30, 40) en contact avec l'un au moins du connecteur et de la tubulure, cet insert amplificateur étant électriquement plus résistif que le connecteur et la tubulure,
- braser ensemble la tubulure et le connecteur en appliquant une induction magnétique au moins à l'insert amplificateur, l'insert amplificateur restant en contact avec le connecteur lors de cette étape.
2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la tubulure et le connecteur sont réalisés à base d'aluminium et l'insert amplificateur présente une résistivité électrique plus élevée que celle de l'aluminium.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, la conductivité électrique de l'insert amplificateur est inférieure à 12.106 S/m.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, la conductivité thermique de l'insert amplificateur est inférieure à 80 W/mK.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, l'insert est réalisé à base de fer ou à base d'acier inox.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, le procédé comporte l'étape suivante :
- disposer un organe d'apport de matière de brasage (12 ; 42) entre la tubulure et le connecteur, avant l'application de l'induction magnétique, cet organe d'apport de matière de brasage étant fondu par l'application de l'induction.
7. Procédé selon la revendication précédente, le connecteur comporte un passage pour recevoir au moins partiellement la tubulure, et une gorge (15, 41 ) est agencée entre la tubulure et ce passage pour recevoir l'organe d'apport de matière.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, le procédé comporte l'étape suivante :
- retirer l'insert amplificateur de la tubulure et du connecteur une fois que la tubulure et le connecteur sont brasés ensemble.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, l'insert comporte au moins un masque (30) plaqué contre au moins une face du connecteur de manière à augmenter la concentration de chaleur à l'endroit du brasage.
10. Procédé selon la revendication précédente, le masque présente une forme en U.
1 1 . Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, l'insert est laissé en place sur le connecteur à l'issu du procédé de fabrication.
12. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'insert est placé entre le connecteur et un organe d'apport de matière de brasage de manière à ce que, après l'étape d'induction, l'insert est recouvert, notamment totalement, par la matière fondue de l'organe d'apport de matière.
13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant les étapes suivantes :
- braser ensemble la tubulure et le connecteur en disposant un organe d'apport de matière de brasage, notamment un anneau de brasage (42), entre cette tubulure et ce connecteur et en appliquant une induction magnétique pour faire fondre cet organe d'apport de matière de brasage,
- détecter l'évolution de la température rayonnée de l'organe d'apport de matière de brasage lors de l'application de l'induction de manière à arrêter cette induction lorsque le brasage est terminé après fusion de l'organe d'apport de matière.
14. Procédé selon la revendication 13, la détection de l'évolution de la température rayonnée de l'anneau de brasage est réalisée en mesurant une évolution du rayonnement infrarouge de l'anneau de brasage, rayonnement qui est représentatif de la température rayonnée.
15. Procédé selon la revendication précédente, la mesure de évolution de la température rayonnée de l'anneau de brasage est réalisée à l'aide d'une caméra thermique (55).
16. Echangeur thermique, notamment pour un système de climatisation, notamment de véhicule automobile, cet échangeur thermique étant obtenu à l'aide du procédé selon l'une des revendications précédentes.
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WO2011120972A1 (fr) * 2010-03-31 2011-10-06 Valeo Systemes Thermiques Echangeur de chaleur muni d'une bride de raccordement

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