EP0535664B1 - Boîte à fluide à paroi tubulaire pour échangeur de chaleur - Google Patents

Boîte à fluide à paroi tubulaire pour échangeur de chaleur Download PDF

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EP0535664B1
EP0535664B1 EP92116789A EP92116789A EP0535664B1 EP 0535664 B1 EP0535664 B1 EP 0535664B1 EP 92116789 A EP92116789 A EP 92116789A EP 92116789 A EP92116789 A EP 92116789A EP 0535664 B1 EP0535664 B1 EP 0535664B1
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Valeo Thermique Moteur SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • F28F9/0204—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions
    • F28F9/0209—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions having only transversal partitions
    • F28F9/0212—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions having only transversal partitions the partitions being separate elements attached to header boxes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0243—Header boxes having a circular cross-section
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making
    • Y10T29/49389—Header or manifold making

Definitions

  • the invention relates to heat exchangers of the type comprising at least one fluid box having an elongated tubular wall, and a multiplicity of parallel tubes entering the fluid box through openings in the tubular wall.
  • the object of the invention is to remedy this drawback.
  • the invention relates to a heat exchanger fluid box comprising a tubular wall traversed by a multiplicity of openings aligned in the axial direction to receive fluid circulation tubes, characterized in that said tubular wall, in each of the portions of its length delimited by said openings, is entirely located on one side of a contact plane extending parallel to its axial direction, opposite said openings, and which comes into contact with it at at least two spaced contact points in the circumferential direction.
  • At least two different contact planes can be provided for different portions of the length of the tubular wall, for example for that or those housing a transverse wall whose periphery is in contact with the internal surface of the tubular wall on the one hand, and for those which do not comprise such a partition on the other hand.
  • the tubular wall can be applied stably, without the risk of pivoting, on one or more flat bearing surfaces on which the tubular wall is supported by all of its contact points, or on discrete support elements arranged in one or more planes on which the tubular wall is supported by its different contact points respectively.
  • Such a surface or such support elements can be used, either to give the tubular wall a prior orientation, which will be maintained by clamping means during assembly with the tubes, or during this assembly itself.
  • the support elements may if necessary belong to the bundle formed by the tubes and by fins extending between them.
  • the openings are elongated in the circumferential direction, and are symmetrical with respect to an axial plane of the tubular wall.
  • the contact plane will then be chosen perpendicular to this axial plane of symmetry.
  • the tubular wall is in contact with the contact plane along at least one straight line perpendicular to its axial direction.
  • it may include a flat surface portion located in the contact plane.
  • the tubular wall has, between its two contact points, or between two contact zones spaced in the circumferential direction and each extending over a certain axial length, a concavity facing the contact plane.
  • a concavity has the advantage of improving the resistance to pressure of the tubular wall compared to the configuration comprising a transverse contact line segment or a portion of planar contact surface.
  • the illustrated fluid box intended in particular to be part of a condenser of an air conditioning installation of the passenger compartment of a motor vehicle, comprises a tubular wall 1 which can in particular be formed from a rectangular metal sheet rolled into a cylinder shape and welded on itself edge to edge in a leaktight manner according to a generator 2.
  • a generator 2 In the wall 1 are formed openings 3 elongated in the circumferential direction and mutually aligned in the direction of its axis 4, intended to receive the ends of the condenser fluid circulation tubes.
  • the fluid box also comprises transverse partitions 5a, 5b, constituted by discs extending transversely inside the tubular wall 1, immobilized by crimping and brazed in a sealed manner by their periphery to the internal surface of the wall 1
  • Figure 1 shows such a partition 5a disposed in the vicinity of an axial end 6 of the wall 1 and constituting an end wall of the fluid box.
  • FIG. 2 shows an intermediate partition 5b separating two compartments 7 and 8 of the fluid box into each of which opens a part of the openings 3.
  • the openings 3 are located at the bottom of respective depressions 9 of the tubular wall.
  • the outer surface of the tubular wall 1 present in the region between two consecutive openings 3, in line with the partition 5b and in correspondence with a flat part of the edge thereof , a surface portion 10 included in a plane P parallel to the axis 4 and perpendicular to the longitudinal plane of symmetry of the wall 1.
  • this outer surface is flattened over a certain length both in the axial direction only in the circumferential direction of the tubular wall.
  • Figures 2 and 4 show that the tubular wall, midway between two consecutive openings in a region free of transverse partition, is convex outward in the longitudinal direction, but has a concavity 11 in the circumferential direction. It therefore comes into contact with the plane P exclusively by two points A and B spaced in the circumferential direction.
  • the deformation of the tubular wall inwards to make the contact points is limited by the presence of the transverse partitions such as 5a and 5b, and is less significant in the length portions comprising such partitions than in the other portions.
  • the tubular wall may be convex in the longitudinal direction and flattened in the circumferential direction, and come into contact with the plane P exclusively along a straight line extending in the circumferential direction, or flattened in the longitudinal and concave direction in the circumferential direction, thus coming into contact with the plane P exclusively along two lines extending in the longitudinal direction and spaced apart in the circumferential direction. All these configurations can be found both at the level of a transverse partition and in a region free of transverse partition.
  • the openings 3 can be produced in particular by sawing or by punching.
  • the dishes and hollows according to the invention can be obtained by localized deformations of the tubular wall, preferably before making the openings 3 so as not to modify the shape of these.
  • the transverse partitions 5a, 5b may have at their periphery, before assembly, circumferential dishes or recesses corresponding to those of the tubular wall.
  • the partitions can be circular, the deformation of the outer surface of the tubular wall being accompanied by a corresponding deformation of the partitions and / or a variation in the thickness of the tubular wall.

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Description

  • L'invention concerne les échangeurs de chaleur du type comprenant au moins une boîte à fluide présentant une paroi tubulaire allongée, et une multiplicité de tubes parallèles pénétrant dans la boîte à fluide par des ouvertures ménagées dans la paroi tubulaire.
  • Un tel échangeur, utilisé notamment comme condenseur dans une installation de climatisation de véhicule automobile, est décrit dans EP-A-0 198 581. Dans cet échangeur connu, la paroi tubulaire présente, dans chacune de ses zones comprises entre deux ouvertures consécutives de réception des tubes, une convexité tournée vers l'extérieur aussi bien dans la direction longitudinale que dans la direction transversale ou circonférentielle. Cette convexité transversale ne permet pas d'immobiliser facilement la paroi tubulaire en rotation autour de son axe lors de son assemblage avec les tubes, de sorte qu'elle risque de pivoter sous l'effort exercé par les tubes qui pénètrent dans les ouvertures, aboutissant à un mauvais positionnement de la boîte à fluide par rapport aux tubes ou même empêchant l'assemblage de se réaliser.
  • Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient.
  • L'invention vise une boîte à fluide pour échangeur de chaleur comprenant une paroi tubulaire traversée par une multiplicité d'ouvertures alignées dans la direction axiale pour recevoir des tubes de circulation de fluide, caractérisée en ce que ladite paroi tubulaire, dans chacune des portions de sa longueur délimitées par lesdites ouvertures, est entièrement située d'un seul côté d'un plan de contact s'étendant parallèlement à sa direction axiale, en regard desdites ouvertures, et qui vient en contact avec elle en au moins deux points de contact espacés dans la direction circonférentielle.
  • Au moins deux plans de contact différents peuvent être prévus pour différentes portions de la longueur de la paroi tubulaire, par exemple pour celle ou celles logeant une paroi transversale dont la périphérie est en contact avec la surface interne de la paroi tubulaire d'une part, et pour celles qui ne comportent pas une telle cloison d'autre part.
  • Grâce à cette configuration, la paroi tubulaire peut être appliquée de façon stable, sans risque de pivotement, sur une ou plusieurs surfaces d'appui planes sur lesquelles la paroi tubulaire s'appuie par l'ensemble de ses points de contact, ou sur des éléments d'appui discrets disposés dans un ou plusieurs plans sur lesquels la paroi tubulaire s'appuie par ses différents points de contact respectivement. Une telle surface ou de tels éléments d'appui peuvent être utilisés, soit pour donner à la paroi tubulaire une orientation préalable, qui sera maintenue par des moyens de serrage lors de l'assemblage avec les tubes, soit pendant cet assemblage lui-même. Dans ce dernier cas, les éléments d'appui peuvent le cas échéant appartenir au faisceau formé par les tubes et par des ailettes s'étendant entre ceux-ci.
  • Le plus souvent, les ouvertures sont allongées dans la direction circonférentielle, et sont symétriques par rapport à un plan axial de la paroi tubulaire. Le plan de contact sera alors choisi perpendiculaire à ce plan axial de symétrie.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, la paroi tubulaire est en contact avec le plan de contact selon au moins un segment de droite perpendiculaire à sa direction axiale. En particulier, elle peut comporter une portion de surface plane située dans le plan de contact.
  • Selon une autre forme de réalisation, la paroi tubulaire présente, entre ses deux points de contact, ou entre deux zones de contact espacées dans la direction circonférentielle et s'étendant chacune sur une certaine longueur axiale, une concavité tournée vers le plan de contact. Une telle concavité présente l'avantage d'améliorer la tenue à la pression de la paroi tubulaire par rapport à la configuration comportant un segment de droite de contact transversal ou une portion de surface plane de contact.
  • Des segments de contact, des portions de surfaces planes de contact et des zones de contact tels que décrits ci-dessus, identiques ou différents, sont prévus dans chacune des régions de la paroi comprises entre deux ouvertures consécutives.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée donnée ci-après de quelques exemples de réalisation, et des dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue partielle d'une boîte à fluide selon l'invention, partiellement en coupe par un plan axial parallèle au plan de contact;
    • la figure 2 est une vue partielle de cette boîte à fluide, en coupe par son plan de symétrie axial; et
    • les figures 3 et 4 sont des sections prises selon les lignes III-III et IV-IV respectivement de la figure 2.
  • La boîte à fluide illustrée, destinée notamment à faire partie d'un condenseur d'une installation de climatisation de l'habitacle d'un véhicule automobile, comprend une paroi tubulaire 1 qui peut en particulier être formée à partir d'une feuille métallique rectangulaire roulée en forme de cylindre et soudée sur elle-même bord à bord de façon étanche selon une génératrice 2. Dans la paroi 1 sont ménagées des ouvertures 3 allongées dans la direction circonférentielle et mutuellement alignées dans la direction de son axe 4, destinées à recevoir les extrémités de tubes de circulation de fluide du condenseur.
  • La boîte à fluide comprend également des cloisons transversales 5a, 5b, constituées par des disques s'étendant transversalement à l'intérieur de la paroi tubulaire 1, immobilisées par sertissage et brasées de façon étanche par leur périphérie à là surface interne de la paroi 1. La figure 1 montre une telle cloison 5a disposée au voisinage d'une extrémité axiale 6 de la paroi 1 et constituant une paroi terminale de la boîte à fluide. La figure 2 montre une cloison intermédiaire 5b séparant deux compartiments 7 et 8 de la boîte à fluide dans chacun desquels débouche une partie des ouvertures 3.
  • Vues de l'extérieur de la boîte à fluide, les ouvertures 3 se situent au fond de dépressions respectives 9 de la paroi tubulaire.
  • Comme on le voit aux figures 2 et 3, la surface extérieure de la paroi tubulaire 1 présente dans la région comprise entre deux ouvertures 3 consécutives, au droit de la cloison 5b et en correspondance d'une partie plane de la tranche de celle-ci, une portion de surface 10 comprise dans un plan P parallèle à l'axe 4 et perpendiculaire au plan de symétrie longitudinal de la paroi 1. En d'autres termes, cette surface extérieure est aplatie sur une certaine longueur aussi bien dans la direction axiale que dans la direction circonférentielle de la paroi tubulaire.
  • Les figures 2 et 4 montrent que la paroi tubulaire, à mi-distance entre deux ouvertures consécutives dans une région exempte de cloison transversale, est convexe vers l'extérieur dans la direction longitudinale, mais présente une concavité 11 dans la direction circonférentielle. Elle vient donc en contact avec le plan P exclusivement par deux points A et B espacés dans la direction circonférentielle.
  • Dans une variante non illustrée, la déformation de la paroi tubulaire vers l'intérieur pour réaliser les points de contact est limitée par la présence des cloisons transversales telles que 5a et 5b, et est moins importante dans les portions de longueur comportant de telles cloisons que dans les autres portions. Il existe alors deux plans de contact différents pour l'ensemble de la boîte à fluide, un plan plus proche de l'axe de la paroi tubulaire pour les portions sans cloison et un plan plus éloigné de cet axe pour les portions avec cloison.
  • D'autres configurations que celles qui viennent d'être décrites à titre d'exemples sont possibles pour la région de la paroi tubulaire comprise entre deux ouvertures consécutives. En particulier, la paroi tubulaire peut être convexe dans la direction longitudinale et aplatie dans la direction circonférentielle, et venir en contact avec le plan P exclusivement selon un segment de droite s'étendant dans la direction circonférentielle, ou aplatie dans la direction longitudinale et concave dans la direction circonférentielle, venant ainsi en contact avec le plan P exclusivement selon deux lignes s'étendant dans la direction longitudinale et espacées dans la direction circonférentielle. Toutes ces configurations peuvent se trouver aussi bien au droit d'une cloison transversale que dans une région exempte de cloison transversale.
  • Comme connu en soi, les ouvertures 3 peuvent être réalisées notamment par sciage ou par poinçonnage. Les plats et les creux selon l'invention peuvent être obtenus par des déformations localisées de la paroi tubulaire, de préférence avant la réalisation des ouvertures 3 de façon à ne pas modifier la forme de celles-ci. Les cloisons transversales 5a, 5b peuvent présenter à leur périphérie, avant montage, des plats ou des creux circonférentiels correspondant à ceux de la paroi tubulaire. Alternativement, les cloisons peuvent être circulaires, la déformation de la surface extérieure de le paroi tubulaire s'accompagnant alors d'une déformation correspondante des cloisons et/ou d'une variation de l'épaisseur de la paroi tubulaire.

Claims (9)

  1. Boîte à fluide pour échangeur de chaleur comprenant une paroi tubulaire (1) traversée par une multiplicité d'ouvertures (3) alignées dans la direction axiale pour recevoir des tubes de circulation de fluide, caractérisée en ce que ladite paroi tubulaire, dans chacune des portions de sa longueur délimitées par lesdites ouvertures, est entièrement située d'un seul côté d'un plan de contact (P) s'étendant parallèlement à sa direction axiale, en regard desdites ouvertures, et qui vient en contact avec elle en au moins deux points de contact (A,B) espacés dans la direction circonférentielle.
  2. Boîte à fluide selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi tubulaire présente au moins deux plans de contact différents pour les différentes portions de sa longueur.
  3. Boîte à fluide selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une cloison transversale (5a, 5b) dont la périphérie est en contact avec la face interne de la paroi tubulaire, et que le plan de contact est plus éloigné de l'axe de cette dernière pour la ou les portion(s) de sa longueur logeant une cloison transversale que pour les autres portions.
  4. Boîte à fluide selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ouvertures sont symétriques par rapport à un plan axial de la paroi tubulaire perpendiculaire au(x) plan(s) de contact.
  5. Boîte à fluide selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ouvertures sont allongées dans la direction circonférentielle.
  6. Boîte à fluide selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi tubulaire est en contact avec le plan de contact selon au moins un segment de droite perpendiculaire à sa direction axiale.
  7. Boîte à fluide selon la revendication 6, caractérisée en ce que la paroi tubulaire comporte une portion de surface plane (10) située dans le plan de contact.
  8. Boîte à fluide selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la paroi tubulaire est en contact avec le plan de contact en au moins deux zones de contact espacées dans la direction circonférentielle et s'étendant chacune sur une certaine longueur axiale.
  9. Boîte à fluide selon l'une des revendications 1 à 5 et 8, caractérisée en ce que la paroi tubulaire présente, entre lesdits deux points ou zones de contact (A,B), une concavité (11) tournée vers le plan de contact.
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