EP0099806A2 - Echangeur de chaleur à tubes verrouillés au collecteur - Google Patents

Echangeur de chaleur à tubes verrouillés au collecteur Download PDF

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EP0099806A2
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heat exchanger
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Jose Luis Diaz Medrano
Jose Luis Solis Sobrino
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Valeo Termico SA
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Radiadores Puma Chausson SA
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    • 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
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/04Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/06Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by dismountable joints
    • F28F9/14Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by dismountable joints by force-joining
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/32Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for limiting movements, e.g. stops, locking means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/06Fastening; Joining by welding
    • F28F2275/065Fastening; Joining by welding by ultrasonic or vibration welding

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger of the tube and fin type, the tubes of which are engaged in collecting plates to which they are connected by means of elastic bands or sleeves.
  • the invention solves the problem exposed by creating a new heat exchanger with tubes locked to the collector.
  • the heat exchanger with tubes locked to the manifold comprising fins threaded onto the tubes which are themselves engaged in collars of elastic material arranged in the tube passages of a manifold plate, is characterized by stop elements having at least one hole with a diameter smaller than the outside diameter of the tubes, said stop element being force-fitted on the projecting end in the collec plate trice at least some of the tubes to which it is connected.
  • 1 designates circulation tubes of round section of a heat exchanger on which are threaded cooling fins 2.
  • the fins 2 are folded over their short sides as shown in 2a so that the successive fins are in contact with each other to delimit lateral guides for the air which must pass through the exchanger.
  • the exchanger comprises manifold plates 3 which, in the embodiment of FIGS. 1 to 8, are made of synthetic material.
  • the collector plates 3 delimit passages of tubes 4 in which are engaged deformable collars 5, projecting from a sheet or elastic plate 6, for example made of rubber.
  • the tubes 1 are forcibly engaged in the collars 5 to protrude above them.
  • Stop elements 7 are then placed on at least some of the projecting ends of the tubes 1.
  • the stop elements are, for example, placed on the last two rows of tubes as illustrated in FIG. 1. They could obviously be placed on all the tubes but this is generally not necessary.
  • the stop elements illustrated in fig. 1 and 4 consist of washers, for example of circular shape, which have a hole 8 in their center.
  • radial cutouts 9 start from the hole 8 and extend over part of the washer.
  • notches 10 are provided from the hole 8.
  • the washers thus define tabs 11 with sharp edges.
  • the stop elements may be planar, but preferably they have a hemispherical shape whose convexity is turned upwards.
  • the diameter of the hole 8 is smaller than the outside diameter of the tubes 1.
  • the stop elements are force-fitted onto the ends of the tubes 1 in order to tighten the wall of the latter strongly at the same time as their underside deforms the projecting part 5a (FIG. 2) of the collars 5.
  • Fig. 2 also shows that the peripheral edge 7a of the planar stop elements advantageously presses on the top of the collector plate 3.
  • the sharp edges 11 of the stop elements tend to become embedded in the wall of the tubes l, mainly if these tubes tended to be moved down relative to the collector plate 3. It is ensured in this way that the tubes are perfectly immobilized relative to the collector plate.
  • a water box 12 is mounted on the collecting plate 3 and the edge 12a thereof is fixed, for example welded by vibration, to the peripheral edge corresponding to the collector plate.
  • a notch or groove 15 is defined in at least part of the peripheral edge of the water box 12 to cover the edge of the plate 7 1 , for example on three sides as illustrated in 15a in fig. 8 or two sides as shown in fig. 11.
  • the inside of the water box 12 is fitted with candles 17 corresponding to the pins 14.
  • the assembly of the exchanger can then be carried out by forcing the tubes 1 of the previously prepared exchanger bundle, that is to say fitted with fins 2 into the collars and the holes 8 of the stop element, the mode of action is then exactly the same as that described in the foregoing.
  • the collector plate 3 1 is made of metal, that the sheet 6 of flexible elastic material forming the collars 5 is placed on the face of the said collector plate which faces the water box 12. This is what particular case which is shown in fig. 9.
  • the water box may be made of synthetic material or metal and advantageously assembled with the collecting plate by mechanical means, for example a crimping piece 18.

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Abstract

L'échangeur comporte des tubes 1 munis d'ailettes 2. Les extrémités des tubes sont engagées dans des collets 5 en matière élastique qui sont disposés dans des passages de tubes 4 de plaques collectrices 3 recouvertes de boites à eau 12. Des éléments d'arrêt 7 sont engagés et partiellement déformés par l'extrémité des tubes 1 saillant au-delà des collets.

Description

  • La présente invention concerne un échangeur de chaleur du type à tubes et ailettes dont les tubes sont engagés dans des plaques collectrices auxquelles ils sont reliés par des co- lets ou douilles en matière élastique.
  • Les échangeurs réalisés de cette façon donnent satisfaction mais ils nécessitent souvent de prévoir des joues latérales reliant les plaques collectricesou les boites à eau afin d'empêcher que des sollicitations mécaniques provoquent un déplacenent graduel des ensembles plaques collectrices-boîtes à eau par rapport aux tubes. Par ailleurs, il est souhaitable, notamment pour réduire le prix de revient des appareils, de ne pas utiliser de joues latérales.
  • Pour résoudre ce problème, il a déjà été proposé d'évaser la partie des tubes qui traverse la plaque collectrice et qui s'étend au-delà de celle-ci. L'évasement ou gonflage de l'extrémité des tubes constitue une opération qui est relativement longue et donc coûteuse. De plus,cet évasement est incompatible avec l'emploi de plaques collectrices déjà assemblées aux boîtes.
  • L'invention résout le problème exposé en créant un nouvel échangeur de chaleur à tubes verrouillés au collecteur.
  • Conformément à l'invention, l'échangeur de chaleur à tubes verrouillés au collecteur comportant des ailettes enfilées sur les tubes qui sont eux-mêmes engagés dans des collets en matière élastique disposés dans les passages de tube d'une plaque collectrice, est caractérisé par des éléments d'arrêt présentant au moins un trou de diamètre plus petit que le diamètre extérieur des tubes, ledit élément d'arrêt étant enfilé à force sur l'extrémité saillant dans la plaque collectrice d'au moins certains des tubes auxquels elle est reliée.
  • Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit.
  • Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs,au dessin annexé.
    • La fig. 1 est une coupe-élévation, partielle et schématique d'un échangeur de chaleur réalisé conformément à l'invention.
    • La fig. 2 est une coupe-élévation,à plus grande échelle, illustrant une caractéristique de l'invention.
    • la fig. 3 est une vue de dessus d'un des éléments apparaissant à la fig. 1.
    • La fig. 4 est une vue analogue à la fig. 3 montrant une variante.
    • La fig. 5 est une coupe-élévation analogue à la fig. 1 d'un développement de l'invention.
    • La fig. 6 est une coupe vue sensiblement suivant la ligne VI-VI de la fig. 5.
    • La fig. 7 est une coupe-élévation partielle très agrandie d'un détail apparaissant à la fig. 5.
    • La fig. 8 est un plan partiel explicatif.
    • La fig. 9 est une coupe-élévation analogue aux fig. 1 et 5 d'une autre variante.
    • La fig. 10 est une perspective d'une variante.
    • La fig. 11 est une coupe transversale analogue à la fig. 6 mettant en oeuvre la variante de la fig. 10.
  • Au dessin, 1 désigne des tubes de circulation de section ronde d'un échangeur de chaleur sur lesquels sont enfilées des ailettes de refroidissement 2. De préférence, les ailettes 2 sont repliées sur leurs petits cotés comme montré en 2a afin que les ailettes successives soient en contact les unes avec les autres pour délimiter des guides latéraux pour l'air devant traverser l'échangeur.
  • De façon connue en soi, l'échangeur comporte des plaques collectrices 3 qui,dans le mode de réalisation des fig. 1 à 8,sont en matière synthétique. Les plaques collectrices 3 délimitent des passages de tubes 4 dans lesquels sont engagés des collets 5 déformables, saillant d'une feuille ou plaque élastique 6,par exemple en caoutchouc. Les tubes 1 sont engagés à force dans les collets 5 pour faire saillie au-dessus de ceux-ci.
  • Des éléments d'arrêt 7 sont ensuite mis en place sur certaines au moins des extrémités saillantes des tubes 1. Les éléments d'arrêt sont, par exemple, placés sur les deux derniers rangs de tubes comme illustré à la fig. 1. Ils pourraient évidemment être placés sur tous les tubes mais cela n'est généralement pas nécessaire. Les éléments d'arrêt illustrés aux fig. 1et 4 sont constitués par des rondelles, par exemple de forme circulaireiqui présentent en leur centre un trou 8.
  • A la fig. 3, des découpes radiales 9 partent du trou 8 et s'étendent sur une partie de la rondelle.
  • A la fig. 4, des encoches 10 sont prévues à partir du trou 8.
  • Dans les deux cas les rondelles délimitent ainsi des pattes 11 à bords vifs.
  • Les éléments d'arrêt peuvent être plans,mais de préférence ils présentent une forme hémisphérique dont la convexité est tournée vers le haut. Le diamètre du trou 8 est plus petit que le diamètre extérieur des tubes 1.
  • Les éléments d'arrêt sont enfoncés à force sur les extrémités des tubes 1 pour serrer fortement la paroi de ceux-ci en même temps que leur dessous déforme la partie saillante 5a (fig. 2) des collets 5.
  • La fig. 2 montre aussi que le bord périphérique 7a des éléments d'arrêt plans appuie avantageusement sur le dessus de la plaque collectrice 3. Les bords vifs 11 des éléments d'arrêt ont tendance à s'encastrer dans la paroi des tubes l,principalement si ces tubes tendaient à être déplacés vers le bas par rapport à la plaque collectrice 3. On est assuré de cette façon que les tubes sont parfaitement immobilisés par rapport à la plaque collectrice.
  • Dans le mode de réalisation décrit, lorsque les éléments d'arrêt 7 ont été mis en place, on monte sur la plaque collectrice 3 une boite à eau 12 et le bord 12a de celle-ci est fixé, par exemple soudé par vibrations,sur le bord périphérique correspondant à la plaque collectrice. Dans certains cas, pour augmenter les cadences de fabrication, il est avantageux de réunir l'ensemble plaques collectrices 3-boîte à eau 12 avant d'engager les tubes 1 dans les collets 5 saillant de la feuille en matière élastique 6. Dans ce cas et comme l'illustrent les fig. 5 à 8, il est avantageux de constituer les éléments d'arrêt sous la forme de plaquettes 71 ou 72 de la fig. 10 dans lesquelles sont -pratiqués les trous 8 et les découpes 9 ou les encoches 10 décrits dans ce qui précède.
  • A la fig. 10 la plaquette 72 comporte des bords tombés 10
  • On prévoit aussi avantageusement au moins un trou supplémentaire de centrage 13 correspondant à un pion 14 saillant de la plaque collectrice 3. Par ailleurs, on délimite une encoche ou rainure 15 dans une partie au moins du bord périphérique de la boîte à eau 12 pour recouvrir le bord de la plaquette 71, par exemple sur trois côtés comme illustré en 15a à la fig. 8 ou deux côtés comme montré à la fig. 11. De plus, on munit l'intérieur de la boîte à eau 12 de chandelles 17 correspondant aux pions 14.
  • A la fig. 11 les chandelles peuvent être omises.
  • Lorsqu'on procède au soudage de la boîte à eau par vibrations, le bord de celle-ci est soudé au bord de la plaque collectrice et il en est de même de l'extrémité de la chandelle 17 qui est soudée au pion 14 comme l'illustre la fig. 7 . On voit par ce qui précède que la plaque constituant l'élément d'arrêt est alors encastrée entre la plaque collectrice et la boîte à eau réunies entre elles.
  • Le montage de l'échangeur peut alors être effectué en enfonçant à force les tubes 1 du faisceau échangeur préalablement préparé,c'est-à-dire muni des ailettes 2 dans les collets et les trous 8 de l'élément d'arrêt dont le mode d'action est ensuite exactement le même que celui décrit dans ce qui précède.
  • Les exemples ci-dessus illustrent la mise en oeuvre de l'invention dans le cas où la plaque collectrice est en matière synthétique. L'invention peut être mise en oeuvre également lorsque la plaque collectrice est métallique. Dans ce cas, les éléments d'arrêt figurés sous la forme de rondelles 7 sont mis en place sur les extrémités des tubes 1 exactement comme décrit dans ce qui précède.
  • Il peut être avantageux, lorsque la plaque collectrice 31 est en métal, que la feuille 6 en matière souple élastique formant les collets 5 soit placée sur la face de ladite plaque collectrice qui est tournée vers la boîte à eau 12. C'est ce cas particulier qui est représenté à la fig. 9.
  • Dans cette réalisation, la boite à eau peut-être en matière synthétique ou en métal et avantageusement assemblée à la plaque collectrice par des moyens mécaniques,par exemple une pièce de sertissage 18.
  • 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.

Claims (12)

1 - Echangeur de chaleur à tubes verrouillés au collecteur comportant des ailettes enfilées sur les tubes qui sont eux-mêmes engagés dans des collets en matière élastique disposés dans les passages de tube d'une plaque collectrice, caractérisé par des éléments d'arrêt présentant au moins un trou de diamètre plus petit que le diamètre extérieur des tubes, ledit élément d'arrêt étant enfilé à force sur l'extrémité saillant dans la plaque collectrice d'au moins certains des tubes auxquels elle est reliée.
2 - Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments d'arrêt présentent des découpes radiales ou des encoches délimitant entre elles des pattes prenant appui sur la paroi des tubes. -
3 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'extrémité des pattes des éléments d'arrêt est à bord vif.
4 - echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments d'arrêt se présentent sous la forme de rondelles ou plaquettes.
5- Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments d'arrêt sont plans ou légèrement hémisphériques, leur concavité étant alors tournée vers la paroi de la plaque collectrice faisant face à une boite à eau.
6- Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments d'arrêt sous forme de plaquettes délimitent plusieurs trous dont la position correspond à celle de plusieurs passages de tube de la plaque collectrice correspondante.
7 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par des moyens d'encastrement des éléments d'arrêt maintenus fixement à l'intérieur de l'ensemble constitué par une plaque collectrice et une boîte à eau préalablement réunies entre elles.
8 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éléments d'arrêt sont maintenus dans une encoche ou rainure délimitée entre la plaque collectrice et la boite à eau lors de la réunion de ces deux pièces.
9 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élément d'arrêt présenté au moins un trou supplémentaire correspondant à un pion de centrage de la plaque collectrice, pion qui est réuni par soudure à une chandelle de la boite à eau.
10 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les éléménts d'arrêt sont enfilés sur des tubes passant dans des collets en matière élastique eux-mêmes maintenus dans une plaque collectrice en métal, lesdits collets étant réunis par une feuille disposée sur la face de la plaque collectrice tournée vers la boîte à eau.
11 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 10, caractérisé en ce que les plaquettes formant les éléments d'arrêt comportent des bords tombés.
12 - Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que qu'il comporte des ailettes dont les petits côtés sont repliés pour venir en contact avec une ailette adjacente.
EP19830401402 1982-07-16 1983-07-07 Echangeur de chaleur à tubes verrouillés au collecteur Expired EP0099806B1 (fr)

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