EP0028951B1 - Echangeur de chaleur comportant un faisceau de tubes débouchant dans des plaques collectrices reliées mécaniquement à des boîtes à eau - Google Patents

Echangeur de chaleur comportant un faisceau de tubes débouchant dans des plaques collectrices reliées mécaniquement à des boîtes à eau Download PDF

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EP0028951B1
EP0028951B1 EP80401487A EP80401487A EP0028951B1 EP 0028951 B1 EP0028951 B1 EP 0028951B1 EP 80401487 A EP80401487 A EP 80401487A EP 80401487 A EP80401487 A EP 80401487A EP 0028951 B1 EP0028951 B1 EP 0028951B1
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small bar
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Jean-Pierre Moranne
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Chausson Usines SA
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0224—Header boxes formed by sealing end plates into covers
    • F28F9/0226—Header boxes formed by sealing end plates into covers with resilient gaskets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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    • F28F2275/12—Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements
    • F28F2275/122—Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements by crimping, caulking or clinching
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/454—Heat exchange having side-by-side conduits structure or conduit section
    • Y10S165/471—Plural parallel conduits joined by manifold
    • Y10S165/473—Plural parallel conduits joined by manifold with clamping member at joint between header plate and header tank
    • Y10S165/474—Plural parallel conduits joined by manifold with clamping member at joint between header plate and header tank with compressible seal at joint

Definitions

  • the present invention relates to heat exchangers comprising a bundle of tubes engaged in collecting plates which are designed to be covered by water boxes assembled in a removable manner, that is to say fixed on the periphery of each collecting plate with interposition of a deformable joint.
  • British patent 699,032 has described embodiments in which the peripheral edge of the water box is crimped onto a flexible joint by forming a hollow rib which is intended to increase the stiffness of the edge. .serti-This apparently satisfactory arrangement requires the use of complex tools to form the hollow rib inside which is placed the flexible seal.
  • the heat exchanger comprising a bundle of tubes opening into collector plates delimiting, at their periphery, a groove externally bordered by a rising edge, a seal being arranged in the bottom of the groove for be clamped by the underside of a rim formed by a water box having a thin wall and maintained either by crimping parts extending the rising edge of the collector plate, or by an attached pliers is characterized in that a bar is interposed between the top of the rim of this water box and the crimping parts of the collector plate or the attached pliers.
  • 1 denotes the circulation tubes of a heat exchanger, in particular of a cooling exchanger of the kind used in motor vehicles. These tubes are connected together in the usual way by dissipators 2 constituted, for example, by corrugated strips or by fins.
  • collector plates 3 which have, at their periphery, a groove 4 and an external rising edge 5.
  • the collector plates 3 which the exchanger comprises are made of a metal or an alloy compatible with the metal or alloy of the tubes 1 and of the dissipators 2 and all of these parts are joined together by brazing or by another means.
  • a thin-walled water box 6 is used to cover the collectors 3 which is advantageously made of metal, in particular by stamping.
  • the water box comprises in known manner pipes, bases and other conduits usual in the art.
  • the water box has at its base a peripheral rim 7 of width corresponding to that of the groove 4 of the collector plate 3 and this rim is extended, in particular to stiffen it, by a rising edge 8.
  • the bar 10 it is advantageous, as illustrated in the drawing, for the bar 10 to form a bead 11 covered to the top of the rising edge 8 of the box.
  • a next operation consists in putting in place a clamp 12, well known in itself, which fits the underside of the part of the collecting plate forming the groove 4 and which extends along the rising edge 5 and including tabs 13 are crimped onto the top of the bar 10.
  • the strip extends over the four sides of the collector plate.
  • the top 10a of the bar is preferably located above the edge of the collector so that the fold 13a of the legs does not generate a line of fatigue.
  • collector plates are most often of uniform width, it is advantageous, as illustrated in FIG. 3, to produce by molding bars 10 having the shape of a rectangular frame whose dimensions correspond to those of the largest collecting plate that can be used and these bars in the shape of rectangular frame are then cut to length, as illustrated for example by the section lines 14 shown in FIG. 3. It is obviously possible, if desired; to form bars in the shape of a rectangular frame for each type of exchanger, likewise, it would not go beyond the scope of the invention to manufacture half-frames whose sides would then be cut to length or by using sections of bars which would be arranged in the four sides of the groove of each collector plate.
  • Fig. 2 illustrates: a slight variant according to which the clamp 12: is. not used. In this case, it is the rising edge 5 of the collecting plate which is provided with tabs 13 crimped on the top of the bar 10. In this embodiment, the edge 10b at least of the bar is rounded so that the fold of the legs 13 be performed in good conditions.
  • Fig-4 illustrates an embodiment, simplified. according to which the water box. 6 does not have: a rising edge 8 as in the previous embodiments, but is only surrounded by a flat edge 7a.
  • a strip 10 is placed as above on the rim, the width of which corresponds to that of the rim 7a and the lugs 13 of the collector plate 3 are crimped as illustrated. in fig. 2 on the top of the bar.
  • FIGs. 5 and 6 illustrate a development of the invention which is implemented in the embodiment described above with reference to FIG. 2 but which can obviously apply to other embodiments.
  • notches 15 with a curved, for example concave, bottom are formed in the bars and the tabs 13 are folded back in the notches and deformed corresponding to the bottom, which considerably increases the stiffness of the tabs.
  • the bar which is made of hard material supports the forces due to crimping and distributes these forces over.
  • the water boxes can be made of synthetic material while having a thin wall which is normally deformable under the influence of the force usually applied by the tabs 13 if the bars 10 were not used. It is thus possible to manufacture water boxes at a much lower cost price than that of molded plastic boxes, the thickness of which must prevent any deformation of the part applied to the seal 9 by the tabs 13.

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Description

  • La présente invention concerne les échangeurs de chaleur comportant un faisceau de tubes engagé dans des plaques collectrices qui sont deatinées à être recouvertes par des boîtes à eau assemblées de façon démontable, c'est-à-dire fixées sur la périphérie de chaque plaque collectrice avec interposition d'un joint déformable.
  • Jusqu'à présent, dans ce type d'échangeurs de chaleur, on est amené à réaliser les boîtes à eau en matière synthétique moulée de façon qu'elles présentent, à leur partie inférieure, un talon ou rebord épais et saillant sur lequel sont serties des pattes ou saillies forméss soit par la plaque collectrice elle-même, soit par une pince rapportée.
  • Il n'était cependant pas possible d'utiliser la même technique en mettant en oeuvre des boîtes à eau métalliques, car ces boîtes présentent nécessairement une faible épaisseur de parois et, par conséquents, il n'est pas possible de former, de façon économique, un talon épais permettant un sertissage efficace.
  • Pour tenter d'apporter une solution à ce problème, le brevet britannique 699 032 a décrit des réalisations dans lesquelles le bord périphérique de la boîte à eau est serti sur un joint souple en formant une nervure creuse qui est destinée à augmenter la rigidité du bord.serti-Cette disposition apparemment satisfaisante nécessite la mise en oeuvre d'un outillage complexe pour former la nervure creuse à l'intérieur de laquelle est placé le joint souple.
  • La Demanderesse a elle-même décrit dans le FR-A-2270 471 exposant les. caractéristiques du préambule de la revendication 1 une réalisation dans laquelle le bord périphérique de la boîte à eau présente une conformation arrondie pour augmenter sa rigidité et, dans ce cas, le bord de la plaque collectrice est serti sur l'extrémité relevée du bord périphérique de la boîte à eau.
  • Des difficultés sont apparues dans la réalisation pratique car les dispositifs de sertissage des pattes de la plaque collectrice à l'intérieur de la partie courbe du bord périphérique de la boîte à eau ont souvent pour effet de déformer ce bord périphérique et, par conséquent, de gauchir la partie du bord périphérique qui prend normalement appui sur le joint souple d'étanchéité.
  • Conformément à t'invention, l'échangeur de chaleur comportant un faisceau de tubes débouchant dans des plaques collectrices délimitant, à leur périphérie, une gorge bordée extérieurement par un bord montant, un joint d'étanchéité étant disposé dans le fond de la gorge pour être serré par le dessous d'un rebord que forme une boîte à eau étant à paroi mince et maintenue soit par des parties de sertissage prolongeant le bord montant de la plaque collectrice, soit par une pince rapportée est caractérisé en ce qu'une barrette est interposée entre le dessus du rebord de cette boite à eau et les parties de sertissage de la plaque collectrice ou de la pince rapportée.
  • Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé.
    • La figure 1 est une perspective partielle, en partie arrachée, d'un échangeur de chaleur faisant application de l'invention.
    • La figure 2 est une perspective partielle analogue à la fig. 1 d'une variante.
    • La figure 3 est une perspective d'un organe particulier utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention.
    • La figure 4 est une coupe partielle illustrant une variante de l'invention.
    • La figure 5 est une coupe illustrant un développement de l'invention.
    • La figure 6 est une coupe vue suivant la ligne VI-VI de la fig. 5.
  • Au dessin, 1 désigne les tubes de circulation d'un échangeur de chaleur, notamment d'un échangeur refroidisseur du genre de ceux utilisés dans les véhicules automobiles. Ces tubes sont reliés entre eux de façon habituelle par des dissipateurs 2 constitués, par exemple, par des bandes ondulées ou par des ailettes.
  • Les extrémités des tubes 1 sont engagées dans des plaques collectrices 3 qui présentent, à leur périphérie, une gorge 4 et un bord montant externe 5. Les plaques collectrices 3 que comporte l'échangeur sont fabriquées en un métal ou en un alliage compatible avec le métal ou alliage des tubes 1 et des dissipateurs 2 et l'ensemble de ces pièces est réuni par brasage ou par un autre moyen.
  • Suivant l'invention, on utilise pour recouvrir les collecteurs 3 une boîte à eau 6 à paroi mince qui est avantageusement fabriquée en métal, notamment par emboutissage. Bien que cela ne soit pas représenté; la boîte à eau comporte de façon connue des tubulures, embases et autres conduits habituels à la technique.
  • A la fig. 1, la boîte à eau présente à sa base un rebord périphérique 7 de largeur correspondant à celle de la gorge 4 de la plaque collectrice 3 et ce rebord est prolongé, notamment pour le rigidifier, par un bord montant 8.
  • Pour mettre en place la boîte à eau 6 et assurer l'étanchéité avec la plaque collectrice on procède comme suit :
    • On dispose, tout d'abord, urr joint d'étanchéité déformable 9 dans le fond de la gorge 4, puis on pose la boîte à eau 6 sur le joint. Une opération suivante consiste à mettre en place, entre le bord montant 8 et la paroi périphérique de la boite à eau 6, une barrette 10 qui peut être fabriquée en différentes matières mais qui doit être, de préférence, rigide et peu ou pas déformable compte tenu des efforts qu'elle doit supporter. Des résines synthétiques du genre polyamide peuvent être utilisées pour constituer la barrette qui pourrait, d'ailleurs, être métallique.
  • Il est avantageux, comme l'illustre le dessin, que la barrette 10 forme un bourrelet 11 recouvrant le dessus du bord montant 8 de la boîte.
  • Une opération suivante consiste à mettre en place une pince 12, bien connue en elle-même, qui emboîte le dessous de la partie de la plaque collectrice formant la gorge 4 et qui s'étend le long du bord montant 5 et dont des pattes 13 sont serties sur le dessus de la barrette 10.
  • Il est avantageux que la barrette s'étende sur les quatre côtés de la plaque collectrice. En outre, le dessus 10a de la barrette est de préférence situé au-dessus du bord du collecteur pour que la pliure 13a des pattes n'engendre pas une ligne de fatigue.
  • Etant donné que les plaques collectrices sont le plus souvent d'une largeur uniforme, il est avantageux, comme l'illustre la fig. 3, de réaliser par moulage des barrettes 10 présentant la forme d'un cadre rectangulaire dont les dimensions correspondent à celles de la plus grande plaque collectrice pouvant être utilisée et ces barrettes en forme de cadre rectangulaire sont ensuite coupées à longueur, comme illustré par exemple par les traits de coupe 14 montrés à la fig. 3. Il est évidemment possible, si on le désire; de former des barrettes en forme de cadre rectangulaire pour chaque type d'échangeur, de même, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en fabriquant des demi-cadres dont les côtés seraient ensuite coupés à longueur ou en utilisant des tronçons de barrettes qui seraient disposés dans les quatre côtés de la gorge de chaque plaque collectrice.
  • La fig. 2 illustre: une légère variante suivant laquelle la pince 12: n'est. pas utilisée. Dans ce cas, c'est le bord montant 5 de la plaque, collectrice qui est pourvu de pattes 13 serties sur le dessus de la barrette 10. Dans cette réatisation, le bord 10b au moins de la barrette est arrondi pour que la pliure des pattes 13 soit effectuée dans-de bonnes conditions.
  • La fig-4= illustre une réalisation, simplifiée. selon laquelle la boite à eau.6 ne présente: pas de bord montant 8 comme dans les réalisations précédentes, mais est seulement entourée par un rebord plan7a. Dans ce cas, on place comme précédemment sur le dessus du rebord une barrette 10 dont la largeur correspond à celle du rebord 7a et les pattes 13 de la plaque collectrice 3 sont serties comme illustré. à la fig. 2 sur le dessus de la barrette.
  • Dans cette réalisation, on pourrait, de la même façon, utiliser la pince 12 de la fig. t.
  • Les fig. 5 et 6 illustrent un développement de l'invention qui est mis en oeuvre dans la réalisation décrite ci-dessus en référence à la fig. 2 mais qui peut, évidemment, s'appliquer aux autres réalisations.
  • Suivant ce développement, des encoches 15 à fond courbe, par exemple concave, sont formées dans les barrettes et les pattes 13 sont repliées dans les encoches et déformées de façon correspondant au fond, ce qui augmente considérablement la raideur des pattes.
  • Dans tous les cas, la barrette qui est en matière dure supporte les efforts dus au sertissage et répartit ces efforts sur. le rebord 7 ou 7a de la boîte à eau, rebord qui s'applique ainsi sous une pression uniforme sur le joint d'étanchéité 9.
  • L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.
  • En particulier, les boîtes à eau peuvent être fabriquées en matière synthétique tout en présentant une paroi mince normalement déformable sous l'influence de la force habituellement appliquée par les pattes 13 si les barrettes 10 n'étaient pas utitisées. On peut, ainsi, fabriquer des boîtes à eau d'un prix de revient bien plus faible que celui des boites en matière synthétique moulées dont l'épaisseur doit empêcher toute déformation de la partie appliquée sur le joint 9 par les pattes 13.

Claims (10)

1. Echangeur de chaleur comportant un faisceau de tubes (2) débouchant dans des plaques collectrices (3) délimitant, à leur périphérie, une gorge bordée (4) extérieurement par un bord montant (5), un joint d'étanchéité (9) étant disposé dans le fond de la gorge pour être serré par le dessous d'un rebord que forme une boîte à eau (6) étant à paroi mince et maintenue soit par des parties de sertissage prolongeant le bord montant de la plaque collectrice, soit par une pince (12) rapportée, caractérisé en ce qu'une barrette (10) est interposée entre le dessus du rebord de cette boîte à eau (6) et les parties de sertissage de la plaque collectrice (3) ou de la pince (12) rapportée.
2. Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la barrette (10) est fabriquée en matière dure sensiblement indéformable.
3. Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la barrette (10) s'étend tout autour de la plaque çollectrice (3) et de la boîte à eau qui la recouvre.
4. Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la barrette (10) est constituée par une pièce présentant la forme d'un cadre rectangulaire, d'un demi-cadre ou de baguette dont les dimensions en section correspondent à celles de la gorge délimitée par la plaque collectrice.
5. Echangeur de chaleur suivant la revendication 4; caractérisé en ce que la barrette (10) en forme de cadre ou d'un demi-cadre rectangulaire est fabriquée pour correspondre aux dimensions des plus grandes plaques collectrices utilisées en fabrication et en ce qu'elle est tronçonnée dans ses côtés pour être adaptée aux plaques collectrices (3) de dimensions inférieures.
6. Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la boîte à eau (6) présente, au-delà de son rebord, une partie montante (8) et en ce que la barrette (10) présente une épaisseur supérieure à la hauteur de ladite partie montante en formant un bourrelet (11) recouvrant l'extrémité de cette partie montante.
7. Echangeur de chaleur suivant- l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins le bord (10b) de la barrette (10) qui est tourné vers les parties de sertissage est arrondi.
8. Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les parties de sertissage sont constituées par des pattes (13) rabattues sur le dessus des barrettes (10).
9. Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les barrettes (10) présentent, au droit des pattes, des encoches (15) à fond courbe sur lesquelles les pattes (13) sont repliées.
10. Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la courbure du fond des encoches (15) est concave.
EP80401487A 1979-11-12 1980-10-20 Echangeur de chaleur comportant un faisceau de tubes débouchant dans des plaques collectrices reliées mécaniquement à des boîtes à eau Expired EP0028951B1 (fr)

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EP0028951A2 EP0028951A2 (fr) 1981-05-20
EP0028951A3 EP0028951A3 (en) 1981-05-27
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