PROCEDE DE FABRICATION D'UN TUBE SERVANT A ACHEMINER UW

FLUIDE D'UN éCHANGEUR DE CHALEUR, ET TUBE OBTENU AU MOYEN DUDIT PROCéDé

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un tube servant à acheminer un fluide d'un échangeur de chaleur. L'invention concerne également le tube obtenu au moyen dudit procédé.

L'invention trouve une application toute particulière dans les échangeurs de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur (EGRC) ainsi que dans les échangeurs de générateur thermoélectrique (TEG) .

ARRIèRE-PLAN DE L'INVENTION

Dans certains échangeurs de chaleur utilisés pour refroidir des gaz, par exemple ceux utilisés dans des systèmes de recirculation des gaz d'échappement vers l'admission d'un moteur à explosion (systèmes dénommés "Exhaust Gas Recirculation" ou EGR) , les gaz circulent dans un faisceau de tubes parallèles logés dans une carcasse, et, au cours de cette circulation, sont refroidis par échange thermique avec un fluide de refroidissement amené à circuler à l'intérieur de la carcasse mais à l'extérieur des tubes de passage des gaz.

On connaît des tubes de gaz de section rectangulaire susceptibles d'être montés de manière optimisée dans la carcasse d'un échangeur de section rectangulaire .

Dans le but d'améliorer l'échange de chaleur, les tubes peuvent comporter des replis et/ou des moyens perturbateurs du gaz, tels que des ailettes, disposés à l'intérieur du tube.

On sait que le phénomène d'encrassement dépend

largement de la répartition du flux de gaz. La répartition du flux de gaz dans l ' échangeur de chaleur dépend de la répartition de la chute de pression du gaz à travers lui . Les trajectoires du flux de gaz connaissant une chute de pression plus élevée possèdent une moins grande valeur de flux. Cet effet peut, dans un cas extrême, provoquer une stagnation et créer des zones à circulation quasi nulle. Les zones caractérisées par de moindres valeurs de vitesse de flux de gaz sont le siège d'une augmentation significative du dépôt de la couche de crasse. L'influence de cet effet conduit à des configurations d'échangeurs où il convient d'améliorer la répartition du flux de gaz dans les tubes.

Le brevet JP2004263616 décrit un échangeur de chaleur doté d'un faisceau de tubes plans de section rectangulaire. Chaque tube est fabriqué à partir de deux lames jointes par leurs bords latéraux et contient des moyens perturbateurs joints à la surface intérieure d'une des lames. Lesdits moyens perturbateurs comportent une pluralité d'ailettes de section transversale plissée.

Cette configuration améliore la répartition du flux de gaz en empêchant la suie d'adhérer à l'intérieur du tube.

Le brevet JP2002327996 décrit un échangeur de chaleur doté d'un faisceau de tubes plans de section rectangulaire. Chaque tube est aussi fabriqué à partir de deux lames jointes par leurs bords latéraux et contient une pluralité de protubérances destinées à garantir un positionnement correct de moyens perturbateurs. Lesdits moyens perturbateurs comportent une série d'ailettes disposées de manière à améliorer la répartition du flux de gaz .

Le brevet JP2002295992 décrit un échangeur de chaleur doté d'un faisceau de tubes circulaires. Chaque tube est pourvu de moyens perturbateurs placés à l'intérieur une fois que le tube a été soudé, Lesdits

moyens perturbateurs comprennent des ailettes disposées diamétralement pour améliorer la répartition du flux de gaz.

Ces procédés de fabrication présentent toutefois l'inconvénient que les moyens perturbateurs ne maintiennent généralement pas un bon contact avec l'intérieur du tube, dont la résistance mécanique et le rendement thermique s'en trouvent ainsi réduits.

DESCRIPTION DE L' IIWENTION

Le procédé de fabrication d'un tube servant à acheminer un fluide d'un échangeur de chaleur de la présente invention vise à remédier aux inconvénients des procédés connus dans la technique, en offrant un procédé simple et moins coûteux.

Le procédé de fabrication d'un tube servant à acheminer un fluide d'un échangeur de chaleur, objet de la présente invention, ledit tube étant du type présentant une section transversale sensiblement rectangulaire, formé de deux parois opposées de grande largeur et de deux parois arrondies de petite largeur, est caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en œuvre les étapes suivantes : a) Couper une lame métallique provenant d'une bobine à une longueur coïncidant avec la longueur du tube, la largeur de la bobine coïncidant avec la largeur du développement du tube ; b) Former par un processus d'estampage les rayons correspondant aux parois arrondies de petite largeur ; c) Réaliser le pliage de la lame sans fermer ses bords libres ; d) Placer un matériau métallique de remplissage dans les faces internes du tube ;

e) Placer des moyens perturbateurs à l'intérieur du tube ; f) Fermer le tube par ses bords libres ; et g) Procéder à la soudure du tube ,

Le procédé de fabrication de la présente invention permet de produire de manière simple et efficace un tube offrant un rendement thermique élevé .

Les bords libres du tube peuvent être soudés au four ou par soudure laser ou TIG en fonction de l'épaisseur du matériau a souder et de la géométrie du raccord.

Selon une réalisation de l'invention, l'étape g} de soudure est réalisée par soudure au four des bords libres du tube, ainsi que des moyens perturbateurs aux faces internes du tube, en même temps que le reste des raccords de l'échangeur.

Selon une autre réalisation de l'invention, l'étape g} de soudure est réalisée par soudure laser ou TIG des bords libres du tube, et par soudure au four desdits moyens perturbateurs aux faces internes du tube, en même temps que le reste des raccords de l'échangeur.

Les principaux avantages offerts par le procédé de l'invention sont : - Une réduction des coûts de production du fait qu'il s'agit d'un processus continu permettant donc d'obtenir des cadences élevées.

- Un processus de soudure au four simple, la planéité du tube permettant de réaliser une soudure au four plus précise.

- Possibilité de placer le matériau métallique de remplissage dans le tube pour réaliser la soudure au four avant de placer les moyens perturbateurs, ceci uniquement si le tube est fabriqué selon le procédé de l'invention, en

garantissant ainsi de faibles tolérances et un meilleur contact entre les parois internes du tube, le matériau métallique de remplissage et les moyens perturbateurs. Il est également très important de souder au four les moyens perturbateurs au tube lors d'une dernière étape du procédé de manière à garantir le rendement thermique et la résistance à la fatigue du tube.

- Une bonne géométrie pour souder au four le tube avec un rebord de raccord. Comme des rayons ont été formés dans la surface externe du tube, et qu'il n'y a donc pas de discontinuités telles que dés extrémités rabattues, la qualité du processus de soudure au four est bien meilleure que celle obtenue avec d'autres géométries .

De préférence, préalablement à l'étape g) de soudure au four, on procède au montage des extrémités finales des tubes sur une plaque de support.

De préférence, le matériau métallique de remplissage est une lame en nickel. Ladite lame en nickel est plus particulièrement en BNi2.

De préférence, le tube est en acier inoxydable. De préférence, l'étape c) de pliage de la lame métallique s'effectue par la moitié selon une ligne longitudinale centrale.

éventuellement, préalablement à l'étape c) de pliage, on forme des creux ou des protubérances estampés dans les parois opposées de grande largeur, à distance suffisante des rayons pour éviter tout problème de flexion ou de déformation.

éventuellement également, préalablement à l'étape c) de pliage, on forme des nervures internes de renfort pour éviter toute déformation.

Selon un autre aspect, l'invention concerne également un tube servant à acheminer un fluide d'un

échangeur de chaleur, du type obtenu au moyen du procédé de fabrication défini précédemment.

BRèVE DESCRIPTION DES DESSINS

Dans le but de faciliter la description de ce qui a été exposé précédemment, on joint des dessins dans lesquels est représenté, sous forme schématique et uniquement à titre d'exemple non limitatif, un cas pratique de réalisation du procédé de fabrication d'un tube servant à acheminer un fluide d'un échangeur de chaleur de l'invention. Dans ces dessins : la figure 1 montre une lame métallique comme matériau de départ, déjà coupée selon la longueur de tube ; la figure 2 est une coupe transversale de la lame métallique montrant les rayons formés ; la figure 3 est une coupe transversale de la lame métallique montrant le processus de pliage de ladite lame ; la figure 4 est une coupe transversale de la lame métallique montrant le processus de mise en place des moyens perturbateurs à l'intérieur de celle-ci, après la mise en place du matériau métallique de remplissage ; et la figure 5 est une coupe transversale du tube fini une fois fermé et soudé au four.

DESCRIPTION D'UNE RéALISATION PRéFéRéE

Le procédé de fabrication d'un tube 1 servant à acheminer un fluide d'un échangeur de chaleur selon l'invention consiste à mettre en œuvre les étapes suivantes :

En premier lieu, on coupe une lame métallique 2 provenant d'une bobine à une longueur coïncidant avec la longueur L du tube 1, la largeur de la bobine coïncidant

avec la largeur A du développement du tube 1 (cf. figure D •

On forme ensuite par un processus d'estampage les rayons 3 correspondant aux parois arrondies de petite largeur (cf. figure 2) .

Par la suite, on réalise le pliage de la lame 2 sans fermer ses bords libres 4. Le pliage de la lame 2 s'effectue par la moitié selon une ligne longitudinale centrale (cf. figure 3) . Puis, on place un matériau métallique de remplissage (non illustré) dans les faces internes du tube 1 et on procède alors à la mise en place de moyens perturbateurs 5 à l'intérieur du tube 1 (cf. figure 4) .

Pour finir, on ferme le tube 1 par ses bords libres 4, et on procède alors à la soudure au four desdits bords libres 4 du tube 1 et, simultanément, desdits moyens perturbateurs 5 aux faces internes du tube 1 (cf. figure

5) .

D'autre part, préalablement à la soudure au four, on procède au montage des extrémités finales des tubes 1 sur une plaque de support. On procède également, durant la soudure au four des tubes 1, à la soudure d'autres raccords de l'ensemble de l'échangeur de chaleur. Le matériau métallique de remplissage est une lame en nickel en BNi2 ; et le tube est en acier inoxydable .

Le tube 1 peut en outre comprendre des creux ou des protubérances estampés dans les parois opposées de grande largeur, à distance suffisante des rayons 3 pour éviter tout problème de flexion ou de déformation. Le tube

1 peut également comporter des nervures internes de renfort pour éviter toute déformation.