FR2793013A1 - Heat exchanger assembly for an automobile, utilises a cross flow configuration between the fluid supply and sump assemblies via tubular plate type heat exchange fins - Google Patents
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Abstract
Description
-1 Echanqcieur de chaleur brasé, en particulier pour véhicule automobile-1 Brazed heat exchanger, in particular for a motor vehicle
L'invention se rapporte aux échangeurs de chaleur, notamment The invention relates to heat exchangers, in particular
pour véhicule automobile.for motor vehicle.
Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur It relates more particularly to a heat exchanger
du type comprenant un faisceau de tubes plats et d'interca- of the type comprising a bundle of flat and interconnecting tubes
laires ondulés, ainsi qu'au moins une boîte collectrice à paroi tubulaire dans laquelle débouchent les extrémités des tubes. On connaît déjà des échangeurs de chaleur de ce type qui corrugated sheets, as well as at least one manifold with a tubular wall into which the ends of the tubes open. Heat exchangers of this type are already known
peuvent constituer notamment un condenseur pour une installa- can in particular constitute a condenser for an installation
tion de climatisation de véhicule automobile. motor vehicle air conditioning.
Habituellement, un tel échangeur de chaleur comprend deux boîtes collectrices qui reçoivent les extrémités des tubes, Usually, such a heat exchanger comprises two manifolds which receive the ends of the tubes,
de part et d'autre du faisceau.on either side of the beam.
La liaison des extrémités des tubes avec la boîte collectrice s'effectue généralement par l'intermédiaire d'un collecteur qui ménage une pluralité de fentes destinées à recevoir les The connection of the ends of the tubes with the manifold is generally carried out by means of a collector which provides a plurality of slots intended to receive the
extrémités des tubes.ends of the tubes.
Il en résulte non seulement la nécessité de prévoir une pièce supplémentaire, à savoir un collecteur, pour chacune des boîtes collectrices, mais aussi la nécessité d'usiner des This results not only in the need to provide an additional part, namely a collector, for each of the manifolds, but also the need to machine
fentes au travers de ce collecteur.slots through this manifold.
De plus, cette solution connue n'est envisageable que pour des échangeurs de chaleur destinés à être parcourus par un fluide à basse ou moyenne pression, pour lesquels l'épaisseur de la boîte collectrice et du collecteur, s'il est présent, In addition, this known solution can only be envisaged for heat exchangers intended to be traversed by a fluid at low or medium pressure, for which the thickness of the manifold and of the collector, if present,
n'excède pas une valeur de l'ordre de 1 mm. does not exceed a value of the order of 1 mm.
Or, il existe des échangeurs de chaleur qui doivent être traversés par un fluide à haute pression, pouvant atteindre, par exemple, des valeurs de l'ordre de 500 bars, comme c'est However, there are heat exchangers which must be traversed by a high pressure fluid, which can reach, for example, values of the order of 500 bars, as is
le cas des échangeurs du type eau/dioxyde de carbone. the case of water / carbon dioxide type exchangers.
De tels échangeurs de chaleur nécessitent, notamment, une boîte collectrice dont l'épaisseur peut atteindre des valeurs Such heat exchangers require, in particular, a manifold whose thickness can reach values
de 3 à 5 mm. Or, avec une telle épaisseur, il est pratique- from 3 to 5 mm. However, with such a thickness, it is practical-
ment impossible de réaliser aisément des ouvertures dans un It is impossible to easily make openings in a
collecteur, et d'assembler celui-ci à une boîte collectrice. collector, and assemble it to a manifold.
En outre, dans les solutions connues, le fait de raccorder la boîte collectrice à un collecteur augmente l'encombrement, spécialement l'encombrement en largeur, de l'échangeur de chaleur. In addition, in known solutions, the fact of connecting the manifold to a manifold increases the size, especially the width, of the heat exchanger.
L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvé- The object of the invention is in particular to overcome the drawbacks
nients précités.mentioned above.
Elle vise en particulier à procurer un échangeur de chaleur brasé du type défini précédemment, qui supprime l'utilisation It aims in particular to provide a brazed heat exchanger of the type defined above, which eliminates the use
d'un collecteur associé à la boîte collectrice. a collector associated with the manifold.
L'invention vise également à procurer un tel échangeur de chaleur dont chaque boîte collectrice peut être réalisée avec une épaisseur de paroi importante pour résister à des pressions élevées du fluide traversant l'échangeur de chaleur. L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel les extrémités des tubes sont vrillées chacune à 90 et alignées dans une direction longitudinale de manière à être reçues dans une The invention also aims to provide such a heat exchanger, each manifold can be made with a large wall thickness to withstand high pressures of the fluid passing through the heat exchanger. The invention provides for this purpose a heat exchanger of the type defined in the introduction, in which the ends of the tubes are each twisted at 90 and aligned in a longitudinal direction so as to be received in a
même fente longitudinale de la boîte collectrice. same longitudinal slot of the manifold.
Autrement dit, les extrémités des tubes subissent un vrillage ou une torsion de l'ordre de 90 par rapport à la partie des In other words, the ends of the tubes undergo a twist or a twist of the order of 90 relative to the part of the
tubes qui est en contact avec les intercalaires ondulés. tubes which are in contact with the corrugated spacers.
De ce fait, les extrémités des tubes peuvent être disposées en ligne et reçues dans une seule fente longitudinale de la boîte collectrice, au lieu d'être reçues dans des fentes ou Therefore, the ends of the tubes can be arranged in line and received in a single longitudinal slot of the manifold, instead of being received in slots or
ouvertures individuelles comme dans la technique antérieure. individual openings as in the prior art.
Il en résulte également que la liaison des extrémités des tubes s'effectue directement avec la boîte collectrice, sans It also follows that the connection of the ends of the tubes takes place directly with the manifold, without
nécessiter de recours à un collecteur. require recourse to a collector.
De ce fait, il est possible de réaliser la boîte collectrice Therefore, it is possible to make the manifold
avec une épaisseur élevée, typiquement de l'ordre de plu- with a high thickness, typically of the order of more
sieurs millimètres, puisqu'il n'est plus nécessaire de percer several millimeters, since it is no longer necessary to drill
une pluralité d'ouvertures au travers de la paroi du collec- a plurality of openings through the wall of the collection
teur comme dans la technique antérieure. as in the prior art.
Avantageusement, les extrémités des tubes sont en contact Advantageously, the ends of the tubes are in contact
mutuel.mutual.
De préférence, les tubes comprennent chacun plusieurs canaux intérieurs parallèles, ce qui permet d'augmenter leur Preferably, the tubes each comprise several parallel internal channels, which makes it possible to increase their
résistance à la pression.pressure resistance.
L'invention s'applique en particulier à un échangeur de chaleur dans lequel les tubes ont une section délimitée par deux grands côtés et deux petits côtés. En ce cas, la fente longitudinale de la boîte collectrice présente une largeur The invention applies in particular to a heat exchanger in which the tubes have a section delimited by two long sides and two short sides. In this case, the longitudinal slot of the manifold has a width
sensiblement égale aux petits côtés des tubes. substantially equal to the short sides of the tubes.
Selon une autre caractéristique de l'invention, cette fente longitudinale est délimitée entre deux lèvres parallèles de According to another characteristic of the invention, this longitudinal slot is delimited between two parallel lips of
la paroi tubulaire.the tubular wall.
Avantageusement, ces deux lèvres parallèles sont définies Advantageously, these two parallel lips are defined
respectivement par deux bords retournés de la paroi tubulai- respectively by two upturned edges of the tubular wall
re, en sorte que les extrémités des tubes sont en contact re, so that the ends of the tubes are in contact
d'une même face interne de la paroi tubulaire. of the same internal face of the tubular wall.
Il en résulte un meilleur contact surfacique entre la paroi This results in better surface contact between the wall
tubulaire et les extrémités des tubes, améliorant le brasage. tubular and tube ends, improving brazing.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la boite collectrice comprend deux parois d'extrémités encadrant les According to another characteristic of the invention, the manifold comprises two end walls framing the
extrémités alignées des tubes.aligned ends of the tubes.
Dans une première forme de réalisation de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend un faisceau à une seule nappe formée de tubes droits et deux boites collectrices espacées, dans lesquelles débouchent respectivement des premières In a first embodiment of the invention, the heat exchanger comprises a bundle with a single ply formed of straight tubes and two spaced manifold boxes, into which lead first respectively
extrémités et des deuxièmes extrémités des tubes. ends and second ends of the tubes.
Dans une deuxième forme de réalisation de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend un faisceau à deux nappes In a second embodiment of the invention, the heat exchanger comprises a bundle with two layers
formé par des tubes en U et deux boites collectrices rappro- formed by U-shaped tubes and two close manifolds
chées dans lesquelles débouchent respectivement des premières extrémités et des deuxièmes extrémités des tubes en U. Dans une troisième forme de réalisation de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend un faisceau à deux nappes formé par des tubes droits et quatre boites collectrices, dans lesquelles débouchent les extrémités des tubes, à savoir openings into which the first ends and second ends of the U-shaped tubes open respectively. In a third embodiment of the invention, the heat exchanger comprises a bundle with two layers formed by straight tubes and four manifolds, in which open the ends of the tubes, namely
une boite d'entrée et une boite de sortie disposées adjacen- an inlet box and an outlet box arranged adjacent
tes à une extrémité du faisceau, et deux boites intermédiai- at one end of the beam, and two intermediate boxes
res disposées adjacentes à une autre extrémité du faisceau et res arranged adjacent to another end of the bundle and
communiquant entre elles.communicating with each other.
De préférence, l'échangeur de chaleur est obtenu par brasage Preferably, the heat exchanger is obtained by brazing
de pièces à base d'aluminium.aluminum parts.
Ainsi, la boite collectrice est avantageusement obtenue par profilage d'une bande en un matériau à base d'aluminium plaqué. Dans une application préférentielle, l'échangeur de chaleur Thus, the manifold is advantageously obtained by profiling a strip of a material based on clad aluminum. In a preferred application, the heat exchanger
est réalisé sous la forme d'un condenseur pour une installa- is made in the form of a condenser for an installation
tion de climatisation.air conditioning.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre In the following description, made only as
d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'un échangeur de chaleur selon une première forme de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue en perspective d'un tube propre à faire partie de l'échangeur de chaleur de la figure 1; - la figure 3 est une vue à échelle agrandie d'une extrémité du tube de la figure 2; - la figure 4 est une vue en perspective d'un échangeur de example, reference is made to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a perspective view, partially broken away, of a heat exchanger according to a first embodiment of the invention; - Figure 2 is a perspective view of a tube suitable for forming part of the heat exchanger of Figure 1; - Figure 3 is an enlarged view of one end of the tube of Figure 2; - Figure 4 is a perspective view of a heat exchanger
chaleur selon une deuxième forme de réalisation de l'inven- heat according to a second embodiment of the invention
tion; - la figure 5 est une vue en perspective d'un tube en U propre à faire partie de l'échangeur de chaleur de la figure 4; - la figure 6 est une vue à échelle agrandie d'une extrémité du tube de la figure 5; et - la figure 7 est une vue en perspective d'un échangeur de tion; - Figure 5 is a perspective view of a clean U-shaped tube forming part of the heat exchanger of Figure 4; - Figure 6 is an enlarged view of one end of the tube of Figure 5; and - Figure 7 is a perspective view of a heat exchanger
chaleur selon une troisième forme de réalisation de l'inven- heat according to a third embodiment of the invention
tion. L'échangeur de chaleur représenté à la figure 1 est destiné, tion. The heat exchanger shown in FIG. 1 is intended,
dans l'exemple, à constituer un condenseur pour une installa- in the example, to constitute a condenser for an installation
tion de climatisation de véhicule automobile. Cet échangeur de chaleur est formé de pièces à base d'aluminium qui sont motor vehicle air conditioning. This heat exchanger consists of aluminum-based parts which are
solidarisées entre elles par brasage. joined together by brazing.
L'échangeur comprend un faisceau 10 formé d'une multiplicité de tubes plats 12 et d'intercalaires ondulés 14, encore The exchanger comprises a bundle 10 formed of a multiplicity of flat tubes 12 and of corrugated spacers 14, again
appelés ailettes.called fins.
Chacun des tubes 12 (figures 2 et 3) est obtenu par extrusion d'un matériau à base d'aluminium de manière à présenter une section droite de forme rectangulaire délimitée par deux grands côtés 16 et deux petits côtés 18. Chacun des tubes comprend des canaux intérieurs parallèles 20 qui sont au Each of the tubes 12 (FIGS. 2 and 3) is obtained by extrusion of an aluminum-based material so as to have a rectangular cross section delimited by two long sides 16 and two short sides 18. Each of the tubes comprises parallel inner channels 20 which are at
nombre de huit dans cet exemple de réalisation (figure 3). number of eight in this exemplary embodiment (Figure 3).
Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, chacun des tubes 12 comporte une partie centrale 22, encore appelée corps, qui est destinée à venir au contact des intercalaires ondulés 14 et des extrémités 24 et 26 qui sont vrillées de par rapport à la partie centrale 22. Autrement dit, chacune des extrémités 24 et 26 d'un tube a subi une torsion globale de 90 , si bien que chacune d'elles possède une As can be seen in Figures 1 and 2, each of the tubes 12 has a central part 22, also called a body, which is intended to come into contact with the corrugated inserts 14 and the ends 24 and 26 which are twisted with respect to the central part 22. In other words, each of the ends 24 and 26 of a tube has undergone an overall twist of 90, so that each of them has a
direction longitudinale L1 (figures 2 et 3) qui est perpendi- longitudinal direction L1 (Figures 2 and 3) which is perpendicular
culaire à la direction longitudinale L2 de la partie centrale 22, telle que définie par les grands côtés 16. De ce fait, les extrémités 24 sont alignées dans une même direction longitudinale L1 et, de même, les extrémités 26 sont alignées cular to the longitudinal direction L2 of the central part 22, as defined by the long sides 16. As a result, the ends 24 are aligned in the same longitudinal direction L1 and, similarly, the ends 26 are aligned
dans une même direction longitudinale Ll. in the same longitudinal direction Ll.
Le faisceau 10 comprend en outre deux joues d'extrémité 28 qui viennent encadrer les ailettes 14 situées le plus à The bundle 10 further comprises two end cheeks 28 which frame the fins 14 located furthest
l'extérieur.outside.
L'échangeur de chaleur comprend en outre deux boites collec- The heat exchanger also includes two collectors
trices 30 et 32 possédant des parois tubulaires respectives 34 et 36 (figure 1). Dans l'exemple, chaque boîte collectrice est obtenue par profilage d'une bande d'un matériau à base d'aluminium, plaqué sur ses deux faces d'un alliage de brasure. La boite collectrice 30 comporte une fente longitudinale 38 trices 30 and 32 having respective tubular walls 34 and 36 (Figure 1). In the example, each manifold is obtained by profiling a strip of an aluminum-based material, plated on its two faces with a brazing alloy. The manifold 30 has a longitudinal slot 38
délimitée entre deux lèvres parallèles 40 définies respecti- delimited between two parallel lips 40 defined respectively
vement par deux bords retournés de la paroi tubulaire 34. by two upturned edges of the tubular wall 34.
La fente 38 possède une largeur qui correspond sensiblement à la largeur des tubes, telle que définie par les petits The slot 38 has a width which corresponds substantially to the width of the tubes, as defined by the small
côtés 18.sides 18.
Les extrémités 24 des tubes sont alignées et en contact mutuel et reçues dans la fente longitudinale 38, si bien que les canaux 20 débouchent tous dans l'espace intérieur de la The ends 24 of the tubes are aligned and in mutual contact and received in the longitudinal slot 38, so that the channels 20 all open into the interior space of the
boîte collectrice 30.manifold 30.
Cette dernière est fermée à ses deux extrémités par des parois d'extrémité 42 qui servent de butée aux extrémités 24 The latter is closed at its two ends by end walls 42 which serve as a stop at the ends 24
des tubes.tubes.
La boîte collectrice 30 est munie d'une tubulure 44 servant par exemple à l'admission d'un fluide qui peut être un fluide sous haute pression, typiquement pouvant atteindre 300 bars par exemple. La paroi 34 doit, de ce fait, présenter une The manifold 30 is provided with a tube 44 used for example for the admission of a fluid which may be a fluid under high pressure, typically up to 300 bars for example. The wall 34 must, therefore, have a
épaisseur importante pouvant atteindre par exemple 5 mm. significant thickness which can reach for example 5 mm.
Du fait que les extrémités 24 des tubes sont reçues entre deux bords retournés 40 de la paroi 30, ces extrémités sont en contact avec une même face interne de la paroi, ce qui améliore le contact surfacique et par conséquent la liaison Because the ends 24 of the tubes are received between two upturned edges 40 of the wall 30, these ends are in contact with the same internal face of the wall, which improves the surface contact and consequently the connection
de brasage entre les extrémités des tubes et la paroi 34. brazing between the ends of the tubes and the wall 34.
La boîte collectrice 32 est réalisée de manière similaire et elle comporte aussi une fente longitudinale 46 délimitée entre deux lèvres parallèles 50 de la paroi tubulaire 36. La boîte collectrice 32 est fermée par deux parois d'extrémité 52 (dont une seule est visible sur la figure 1). En outre, elle est pourvue d'une tubulure 54 servant à la sortie du The manifold 32 is made in a similar manner and it also has a longitudinal slot 46 delimited between two parallel lips 50 of the tubular wall 36. The manifold 32 is closed by two end walls 52 (only one of which is visible on the figure 1). In addition, it is provided with a tube 54 serving for the outlet of the
fluide traversant l'échangeur de chaleur. fluid passing through the heat exchanger.
On comprendra que les extrémités des tubes sont reçues It will be understood that the ends of the tubes are received
directement dans la fente longitudinale de la boîte collec- directly into the longitudinal slot of the collection box
trice 30 ou 32, si bien qu'il n'est plus nécessaire de prévoir une pièce supplémentaire (collecteur) pourvue d'une pluralité d'ouvertures propres à recevoir les extrémités des 30 or 32, so that it is no longer necessary to provide an additional part (collector) provided with a plurality of openings suitable for receiving the ends of the
tubes, comme dans la technique antérieure. tubes, as in the prior art.
Il en résulte une simplification de fabrication et un This results in a simplification of manufacture and a
encombrement réduit de l'échangeur de chaleur, cette techni- reduced size of the heat exchanger, this technique
que étant compatible avec la réalisation d'échangeurs de that being compatible with the production of heat exchangers
chaleur susceptibles de résister à des hautes pressions. heat capable of withstanding high pressures.
Dans la forme de réalisation de la figure 1, l'échangeur de chaleur comprend une seule nappe formée de tubes droits dont les extrémités sont reçues dans deux boites collectrices 30 et 32 espacées l'une de l'autre, c'est-à-dire aux deux extrémités du faisceau. On se réfère maintenant aux figures 4 à 6 pour décrire une autre forme de réalisation dans laquelle l'échangeur comprend un faisceau 55 à deux nappes formé par des tubes 56 en U, encore appelés tubes en épingle. Ces tubes 56 possèdent deux branches parallèles 58 raccordées par un coude en U 60 et terminées par deux extrémités 24, 26 qui sont vrillées à 90 par rapport aux branches respectives 58, de manière à s'étendre dans des directions longitudinales parallèles entre In the embodiment of FIG. 1, the heat exchanger comprises a single ply formed of straight tubes, the ends of which are received in two manifolds 30 and 32 spaced apart from each other, that is to say say at both ends of the beam. Reference is now made to FIGS. 4 to 6 to describe another embodiment in which the exchanger comprises a bundle 55 with two layers formed by U-shaped tubes 56, also called pin tubes. These tubes 56 have two parallel branches 58 connected by a U-shaped bend 60 and terminated by two ends 24, 26 which are twisted at 90 relative to the respective branches 58, so as to extend in parallel longitudinal directions between
elles. Les extrémités 24 et 26 des tubes sont reçues respec- they. The ends 24 and 26 of the tubes are received respectively.
tivement dans deux boîtes collectrices 30 et 32 analogues à celles décrites précédemment, ces boites étant disposées tively in two manifolds 30 and 32 similar to those described above, these boxes being arranged
adjacentes, en sorte que leurs fentes longitudinales respec- adjacent, so that their longitudinal slots respect
tives 38 et 46 soient parallèles.tives 38 and 46 are parallel.
Dans la forme de réalisation de la figure 7, l'échangeur de chaleur comprend un faisceau 61 à deux nappes formé par des tubes droits 12 et quatre boîtes collectrices. On retrouve une boite collectrice d'entrée 30 et une boite collectrice de In the embodiment of Figure 7, the heat exchanger comprises a bundle 61 with two layers formed by straight tubes 12 and four manifolds. There is an inlet manifold 30 and a manifold
sortie 32 disposées adjacentes à une extrémité du faisceau. outlet 32 arranged adjacent to one end of the bundle.
En outre, l'échangeur comporte deux autres boîtes collectri- In addition, the exchanger has two other collecting boxes.
ces 62 et 64 disposées adjacentes à l'autre extrémité du faisceau. Ces boites collectrices constituent des boîtes intermédiaires et elles communiquent entre elles par un these 62 and 64 arranged adjacent to the other end of the bundle. These manifolds constitute intermediate boxes and they communicate with each other by a
connecteur 66.connector 66.
Ainsi, l'échangeur de chaleur de la figure 7 peut être traversé par un fluide qui pénètre dans la boîte collectrice Thus, the heat exchanger of FIG. 7 can be traversed by a fluid which penetrates into the manifold
30, circule dans une première nappe du faisceau pour rejoin- 30, circulates in a first layer of the beam to join
dre la boîte collectrice 62 et gagner ensuite la boîte collectrice 64. De là, le fluide gagne la boîte de sortie 32 dre the manifold 62 and then gain the manifold 64. From there, the fluid reaches the outlet box 32
en passant par l'autre nappe.going through the other tablecloth.
Bien entendu, il est possible de disposer dans l'une et/ou l'autre des boites collectrices des cloisons intermédiaires pour permettre, de manière en soi connue, de faire circuler Of course, it is possible to have in one and / or the other of the manifolds of the intermediate partitions to allow, in a manner known per se, to circulate
le fluide en une ou plusieurs passes dans la nappe correspon- the fluid in one or more passes in the corresponding sheet
dante. L'échangeur de l'invention convient tout particulièrement à dante. The exchanger of the invention is particularly suitable for
la réalisation de condenseurs pour appareils de climatisa- the production of condensers for air conditioning units
tion, ou encore à la réalisation d'échangeurs de chaleur destinés à être parcourus par un fluide sous pression élevée, en particulier par un gaz du type dioxyde de carbone, dans tion, or even the production of heat exchangers intended to be traversed by a fluid under high pressure, in particular by a gas of the carbon dioxide type, in
les échangeurs du type eau/dioxyde de carbone. water / carbon dioxide exchangers.
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