EP0686823B1 - Echangeur de chaleur utile notamment pour le refroidissement d'un flux d'air à haute température - Google Patents

Echangeur de chaleur utile notamment pour le refroidissement d'un flux d'air à haute température Download PDF

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EP0686823B1
EP0686823B1 EP95108599A EP95108599A EP0686823B1 EP 0686823 B1 EP0686823 B1 EP 0686823B1 EP 95108599 A EP95108599 A EP 95108599A EP 95108599 A EP95108599 A EP 95108599A EP 0686823 B1 EP0686823 B1 EP 0686823B1
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EP
European Patent Office
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shells
tubes
exchanger according
shell
flat
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EP95108599A
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English (en)
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EP0686823A1 (fr
Inventor
Jean-Louis Laveran
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Valeo Thermique Moteur SA
Original Assignee
Valeo Thermique Moteur SA
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Publication date
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Application filed by Valeo Thermique Moteur SA filed Critical Valeo Thermique Moteur SA
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    • 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
    • F28D1/00—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
    • F28D1/02—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
    • 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
    • F28D1/05358—Assemblies of conduits connected side by side or with individual headers, e.g. section type radiators
    • 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
    • F28F9/0219—Arrangements for sealing end plates into casing or header box; Header box sub-elements
    • F28F9/0221—Header boxes or end plates formed by stacked elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2280/00—Mounting arrangements; Arrangements for facilitating assembling or disassembling of heat exchanger parts
    • F28F2280/04—Means for preventing wrong assembling of parts
    • 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
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • 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 a heat exchanger of the type comprising a bundle of tubes mounted between two manifolds as defined in the preamble of claim 1.
  • Such heat exchangers are mainly used in as air / water exchangers and find applications various in the automotive industry, especially to serve cooling an engine or heating the passenger compartment.
  • heat exchangers of this type could not to prevail, given the high temperatures involved, for the treatment of a high temperature air flow, such as cooling an air flow from the turbocharger of a motor or industrial vehicle.
  • the air flow from a turbocharger is at a high temperature, generally around 250 ° C, which must be lowered to a temperature of around 100 ° C by heat exchange with cooling water or cooling air.
  • heat exchangers plates and bars which include two fluid boxes, a multiplicity of spacer bars arranged by pairs, as well as a multiplicity of plates arranged by pairs to frame the pairs of bars and form collaboration with them fluid circulation channels.
  • a heat exchanger of this type is known in particular from French Patent No 80 06 704 published under No 2,479,438.
  • each manifold includes a stack of joined shells in pairs, and in which each shell comprises a wall closed side with one end connected to a flange exterior plane and of which another end is connected to a inner flat edge which extends parallel to the flat edge exterior and which delimits an axial opening, the wall lateral of each shell delimiting a lateral opening whose section is adapted to the right half-section of a tube, so that the shells can be assembled by pairs alternately by their inner edges and by their outer edges delimiting an internal chamber along the entire length of the stack and that the ends tubes can be received each in the two openings lateral of two adjacent shells.
  • the main drawback of plate and strip heat exchangers or shell stack exchangers resides in the complexity of assembling the different elements that make up and the respective immobilization of the elements the relative to each other.
  • the object of the invention is in particular to overcome such disadvantages.
  • It also aims to provide a heat exchanger of the type with manifolds and tube bundles which can be used for different applications and in particular for treatment of a high temperature air flow such as the flow air from a turbocharger.
  • the invention also aims to provide such an exchanger heat which can be easily assembled, in particular by soldering, while providing maximum safety in the final constitution of this exchanger.
  • the invention provides for this purpose a heat exchanger of type defined in the introduction, in which the flat edge outside of each shell includes indexing means suitable for ensuring correct relative positioning of the two shells of the same pair with a view to their assembly by their respective outer edges and wherein said edge exterior includes at least one folding crimp tab formed at the periphery for the assembly of the two shells of the same pair.
  • each of the manifolds is formed by a stack of shells, i.e. elements in the form of bowls, which can be assembled two by two between which can also be assembled at the ends beam tubes.
  • Such a heat exchanger can be easily produced by brazing of the shells and of the tubes together, said shells and said tubes being formed of a metal alloy appropriate.
  • a heat exchanger of this type is suitable especially for cooling the charge air from a turbocharger, the charge air entering one of the collecting chambers, traversing then the tubes of the beam before regaining and leaving the other collecting chamber.
  • High temperature charge air is cooled advantageously by an air flow which sweeps the tubes of the beam.
  • the lateral opening of a shell is bounded by a region set back from the inner rim, which region is closer to the plane of the outer rim than so is the interior ledge plan.
  • the tubes each have a substantially rectangular cross section bounded by two long sides and two short sides, the region set back from the inner rim comprising a central part of length substantially equal to one long side and two parts side length substantially equal to half of a small side.
  • the region in inner rim removal attaches to a region substantially straight on the side wall.
  • the side wall also comprises a substantially semicircular region which connects to this region straight.
  • the side wall has a shape in skin which flares out from the flat edge inside towards the outside edge.
  • This particular structure facilitates the realization of a shell by stamping or punching with a punch appropriate.
  • the means for indexing a shell include two folded legs each formed in a punctured on the outer rim and suitable for entering into corresponding openings of another shell. These legs can act as indexing legs and / or legs crimping.
  • the exchanger of the invention advantageously comprises corrugated heatsinks or spacers arranged on one side and on the other side of the bundle tubes.
  • the exchanger includes an end cheek that extends parallel to the tubes and which is assembled to the two shells located at a first end of each manifold, said cheek being equipped with two pipes respectively serving the admission and evacuation of a fluid passing through the fluid boxes and bundle tubes, while both shells located at a second end of each box collector are closed.
  • the heat exchanger shown in Figure 1 includes a fluid box 10 connected to an intake manifold 12, a fluid box 14 connected to a discharge pipe 16 and a bundle 18 mounted between the two manifolds 10 and 14.
  • the bundle 18 is formed by a multiplicity of tubes 20 parallel, of rectangular section, the ends of which respective open into the two manifolds. Between the tubes 20 are further arranged heatsinks 22 in the form of corrugated dividers.
  • the heat exchanger is suitable for being traversed by a first fluid, for example charge air from a turbocharger, which enters the manifold 10 through tubing 12, then runs through tubes 20 to go to the manifold 14 and leave it by the discharge pipe 16, as shown by the arrows F1.
  • a first fluid for example charge air from a turbocharger
  • This first fluid exchanges heat with a second fluid which scans the beam 18 as shown by the arrow F2.
  • Each of the manifolds 10 and 14 includes a stack identical shells assembled in pairs and alternately, one of which is shown in perspective in figure 2.
  • the shell 24 is formed by stamping or punching with from a metal sheet, preferably stainless steel.
  • the shell 24 includes a closed side wall 26 having a substantially rectilinear region 28 which is connects to a substantially semi-circular region 30.
  • the wall 26 is connects to an outer flat edge 32 which has a substantially straight portion 34 connected to region 28 of the wall 26 and a portion 36 of substantially shaped semicircular which connects to region 30 of the wall 26.
  • the rim 32 extends radially outwards at from the wall 26.
  • the wall 26 is connects to an inner flat edge 38 which extends parallel at the outer plane edge 32 and which delimits an opening axial 40 of substantially semi-circular shape.
  • the inner rim 38 extends radially inward from the wall 26.
  • the wall 26 is formed into a skin so as to flare from the rim inner plane 38 towards the outer plane edge 32.
  • the internal flat edge 38 comprises a substantially semi-circular portion 42 extending in the general plane of the rim 38 and connecting to the region 30 of the wall 26.
  • the portion 42 is connected to a recessed region which is also part of the ledge inside and which is closer to the edge plane exterior than is the interior rim plan.
  • This recessed region includes a central portion 44 ( Figures 2 to 4) which extends parallel to the plane of the two ledges 32 and 38 as well as two lateral parts 46 connecting the central part 44 to the portion 42.
  • the shells 24 are intended to be stacked and assembled in pairs alternately by their inner edges 38 and by their outer edges 32. Which allows to delimit a room internal 48 (FIG. 3) extending over the entire height of stacking.
  • the tubes 20 have a cross section of shape substantially rectangular bounded by two long sides and two small sides.
  • the central part 44 of the recessed region has a length substantially equal to a large side, while the two side parts 46 have a length substantially equal to the half of a small side.
  • the central part 44 and the two parts lateral 46 of the same shell 24 delimit an opening lateral which corresponds substantially to the straight half-section of a tube.
  • the beam 18 formed by the tubes 20 and the heatsinks 22 is mounted between the manifolds 10 and 14 formed each by a stack of shells 24.
  • the tubes 20 and the heatsinks 22 are advantageously formed from a alloy of stainless steel and aluminum.
  • the heat exchanger includes two end cheeks 52 and 54 located respectively in the upper part and in the lower part in the position of figure 1.
  • the cheek 52 extends parallel to the tubes 20 and is assembled to the two shells 24 located at the upper end manifolds 10 and 14. This cheek 52 is equipped tubes 12 and 16 itself.
  • the cheek 54 extends parallel to the tubes and is assembled to the two shells 24 situated respectively at the ends opposite manifolds 10 and 14.
  • the cheek 54 thus makes it possible to close the last shell of the stacking of the manifold 10 or of the box collector 14.
  • the portion 34 of the outer rim 32 includes two indexing tabs 56 formed in punctures and two openings 58 of corresponding shape.
  • the two indexing tabs 56 of a shell enter the two openings 58 of the other shell and vice versa, which ensures correct relative positioning of the two shells of the same pair with a view to their assembly subsequent by soldering.
  • the shell 124 is similar to the shell 24 described above. It differs from the latter in that the outer plane edge 132 has a substantially rectangular shape with four rounded corners instead of a shape substantially semi-circular.
  • the rim 132 comprises two indexing lugs 156 formed in punctures in a region 136 of the edge located on the side of the semi-circular region 130 of the side wall 124.
  • This region 136 continues with a folded edge 137 which extends in a plane parallel to the direction of the stack.
  • the flanges 137 define a support surface on which a plate is assembled support 160 comprising a core 162 to which it is connected perpendicularly a wing 164 ( Figures 5 and 6).
  • the shell 124 also differs from the shell 24 by the causes the opening 140 to be crossed radially by a material bridge 141.
  • Figure 6 shows, in section, the constitution of the exchanger heat respectively at the cutting planes VI (A), VI (B) and VI (C) in Figure 5.
  • the ledge exterior 232 has, in its region 234, a tab 259 which occupies less than half a width of the shell.
  • the 256 tabs allow indexing, while both legs 259 can be folded up as shown in figure 9 to ensure prior crimping of the two shells 224.
  • the main difference lies in the fact that the crimping lug 359 extends over a longer narrow width.
  • the indexing tabs 256 serve also crimping lugs, as shown in the figure 11.
  • the indexing lugs 356 are folded back to also serve as crimp tabs.
  • the legs 359 are folded back to ensure the crimping.
  • the invention is not limited to an exchanger heat used to cool an air flow by heat exchange with another air flow and that it can be used to provide heat exchange between other types of fluids.

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Description

L'invention concerne un échangeur de chaleur du type comprenant un faisceau de tubes monté entre deux boítes collectrices tel que défini dans le préambule de la revendication 1.
On connaít déjà de nombreux échangeurs de chaleur de ce type dans lesquels un premier fluide, généralement de l'eau, pénètre dans l'une des boítes collectrices et parcourt ensuite les tubes du faisceau pour gagner l'autre boíte collectrice et quitter l'échangeur de chaleur, après avoir subi un échange thermique avec un autre fluide, généralement un flux d'air, qui balaie les tubes du faisceau.
De tels échangeurs de chaleur sont principalement utilisés en tant qu'échangeurs air/eau et trouvent des applications diverses dans l'industrie automobile, notamment pour servir au refroidissement d'un moteur ou au chauffage de l'habitacle.
Toutefois, les échangeurs de chaleur de ce type n'ont pas pu s'imposer, compte tenu des températures élevées mises en jeu, pour le traitement d'un flux d'air à haute température, comme le refroidissement d'un flux d'air issu du turbocompresseur d'un véhicule automobile ou industriel.
En effet, le flux d'air issu d'un turbocompresseur se trouve à une température élevée, généralement de l'ordre de 250°C, qui doit être abaissée à une température de l'ordre de 100°C par échange thermique avec de l'eau de refroidissement ou de l'air de refroidissement.
Dans cette application particulière au refroidissement du flux d'air issu d'un turbocompresseur, on a utilisé jusqu'à présent des échangeurs particuliers, appelés "échangeurs à plaques et barrettes", qui comprennent deux boítes à fluide, une multiplicité de barrettes intercalaires disposées par paires, ainsi qu'une multiplicité de plaques disposées par paires pour encadrer les paires de barrettes et former en collaboration avec elles des canaux de circulation de fluide.
Un échangeur de chaleur de ce type est connu notamment d'après le Brevet français No 80 06 704 publié sous le No 2 479 438.
Il est également connu par les documents FR-A- 2 563 899 et EP-A-0324226 un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes monté entre deux boítes collectrices, dans lequel chaque boíte collectrice comprend un empilement de coquilles réunies par paires, et dans lequel chaque coquille comprend une paroi latérale fermée dont une extrémité est raccordée à un rebord plan extérieur et dont une autre extrémité est raccordée à un rebord plan intérieur qui s'étend parallèlement au rebord plan extérieur et qui délimite une ouverture axiale, la paroi latérale de chaque coquille délimitant une ouverture latérale dont la section est adaptée à la demi-section droite d'un tube, en sorte que les coquilles peuvent être assemblées par paires alternativement par leurs rebords intérieurs et par leurs rebords extérieurs en délimitant une chambre interne sur toute la longueur de l'empilement et que les extrémités des tubes peuvent être reçues chacune dans les deux ouvertures latérales de deux coquilles adjacents.
L'inconvénient principal des échangeurs à plaques et barrettes ou des échangeurs à empilement de coquilles réside dans la complexité de l'assemblage des différents éléments qui les composent et de l'immobilisation respective des éléments les uns par rapport aux autres.
Il est de même connu, par le document FR-A-2 194 933, un échangeur constitué d'un empilement de plaques en forme de cuvettes réunies par paires pour former une chambre interne dans laquelle est amené à circuler un fluide, chaque plaque d'une paire de plaques étant positionnée par rapport à la plaque lui faisant face. Un empilage de paires de plaques ainsi constituées est ensuite formé pour être assemblé, notamment par brasage.
Cette disposition présente un désavantage non négligeable dans le sens que cela ne permet pas d'immobiliser les plaques d'une même paire de plaques l'une par rapport à l'autre et, lors des manipulations pour réaliser l'empilage de paires de plaques, certaines plaques peuvent ne plus être convenablement positionnées par rapport aux plaques qui leur font face. Du fait de ce mauvais positionnement, et après l'opération d'assemblage par brasage, l'échangeur ainsi réalisé va comporter un grave défaut dans son fonctionnement, tel qu'une mauvaise étanchéité entre les plaques d'une paire de plaque.
L'invention a notamment pour but de surmonter de tels inconvénients.
Elle a également pour but de procurer un échangeur de chaleur du type à boítes collectrices et à faisceaux de tubes qui peut être utilisé pour différentes applications et notamment pour le traitement d'un flux d'air à haute température tel que le flux d'air issu d'un turbocompresseur.
L'invention a également pour but de procurer un tel échangeur de chaleur qui peut être facilement assemblé, notamment par brasage, tout en permettant d'obtenir une sécurité maximale dans la constitution finale de cet échangeur.
L'invention propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel le rebord plan extérieur de chaque coquille comporte des moyens d'indexation propres à assurer un positionnement relatif correct des deux coquilles d'une même paire en vue de leur assemblage par leurs rebords extérieurs respectifs et dans lequel ledit rebord extérieur comprend au moins une patte de sertissage repliable formée à la périphérie en vue de l'assemblage des deux coquilles d'une même paire.
Ainsi chacune des boítes collectrices est formée par un empilement de coquilles, c'est-à-dire d'éléments en forme de cuvettes, qui peuvent être assemblées deux par deux entre elles et qui peuvent être assemblées également aux extrémités des tubes du faisceau.
Un tel échangeur de chaleur peut être réalisé facilement par brasage des coquilles et des tubes entre eux, lesdites coquilles et lesdits tubes étant formés d'un alliage métallique approprié.
Un échangeur de chaleur de ce type convient tout particulièrement au refroidissement de l'air de suralimentation provenant d'un turbocompresseur, l'air de suralimentation pénétrant dans l'une des chambres collectrices, parcourant ensuite les tubes du faisceau avant de regagner et de quitter l'autre chambre collectrice.
L'air de suralimentation à haute température est refroidi avantageusement par un flux d'air qui balaie les tubes du faisceau.
De façon avantageuse, l'ouverture latérale d'une coquille est délimitée par une région en retrait du rebord intérieur, laquelle région est plus proche du plan du rebord extérieur que ne l'est le plan du rebord intérieur.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, les tubes ont chacun une section droite sensiblement rectangulaire délimitée par deux grands côtés et deux petits côtés, la région en retrait du rebord intérieur comprenant une partie centrale de longueur sensiblement égale à un grand côté et deux parties latérales de longueur sensiblement égale à la moitié d'un petit côté.
Ainsi, lorsque deux coquilles sont réunies entre elles par leurs rebords intérieurs respectifs, leurs deux ouvertures latérales définissent une ouverture complète de section adaptée à la section droite d'un tube.
Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, la région en retrait du rebord intérieur se rattache à une région sensiblement rectiligne de la paroi latérale.
Avantageusement, la paroi latérale comporte en outre une région sensiblement demi-cercle qui se raccorde à cette région rectiligne.
Selon un autre mode particulier de réalisation, paroi latérale a une forme en dépouille qui va en s'évasant à partir du rebord plan intérieur vers le rebord plan extérieur.
Cette structure particulière facilite la réalisation d'une coquille par estampage ou poinçonnage à l'aide d'un poinçon approprié.
Selon un autre mode particulier de réalisation de l'invention, les moyens d'indexation d'une coquille comprennent deux pattes repliées formées chacune dans un crevé du rebord extérieur et propre à s'introduire dans des ouvertures correspondantes d'une autre coquille. Ces pattes peuvent jouer le rôle de pattes d'indexation et/ou de pattes de sertissage.
L'échangeur de l'invention comprend avantageusement des dissipateurs ou intercalaires ondulés disposés de part et d'autre des tubes du faisceau.
Selon une autre caractéristique préférentielle de l'invention, l'échangeur comprend une joue d'extrémité qui s'étend parallèlement aux tubes et qui est assemblée aux deux coquilles situées à une première extrémité de chaque boíte collectrice, ladite joue étant équipée de deux tubulures servant respectivement à l'admission et à l'évacuation d'un fluide parcourant les boítes à fluide et les tubes du faisceau, tandis que les deux coquilles situées à une seconde extrémité de chaque boíte collectrice sont fermées.
Ces dernières coquilles sont, soit fermées par une joue commune, soit constituées par des coquilles spécifiques avec un fond continu au niveau du rebord plan intérieur.
Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
  • la figure 1 est une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon l'invention;
  • la figure 2 est une vue en perspective d'une coquille dans une première forme de réalisation;
  • la figure 3 est une vue partielle en coupe longitudinale d'un échangeur de chaleur muni de coquilles conformes à la figure 2;
  • la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3;
  • la figure 5 est une vue partielle en coupe transversale d'un échangeur de chaleur selon une seconde forme de réalisation de l'invention;
  • la figure 6 est une vue en coupe selon les lignes VI(A)-VI(A), VI(B)-VI(B) et VI(C)-VI(C) de la figure 5;
  • la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la figure 5;
  • la figure 8 est une vue en coupe transversale partielle d'un échangeur de chaleur selon une troisième forme de réalisation de l'invention;
  • la figure 9 est une vue en coupe selon la ligne IX-IX de la figure 8;
  • la figure 10 est une vue en coupe transversale partielle d'un échangeur de chaleur selon une quatrième forme de réalisation de l'invention; et
  • la figure 11 est une vue en coupe selon la ligne XI-XI de la figure 10.
L'échangeur de chaleur représenté à la figure 1 comprend une boíte à fluide 10 reliée à une tubulure d'admission 12, une boíte à fluide 14 reliée à une tubulure d'évacuation 16 et un faisceau 18 monté entre les deux boítes collectrices 10 et 14.
Le faisceau 18 est formé d'une multiplicité de tubes 20 parallèles, de section rectangulaire, dont les extrémités respectives débouchent dans les deux boítes collectrices. Entre les tubes 20 sont en outre disposés des dissipateurs 22 ayant la forme d'intercalaires ondulés.
L'échangeur de chaleur est propre à être parcouru par un premier fluide, par exemple de l'air de suralimentation issu d'un turbocompresseur, qui pénètre dans la boíte collectrice 10 par la tubulure 12, parcourt ensuite les tubes 20 pour gagner la boíte collectrice 14 et quitter cette dernière par la tubulure d'évacuation 16, comme montré par les flèches F1. Ce premier fluide échange de la chaleur avec un second fluide qui balaie le faisceau 18 comme montré par la flèche F2.
Chacune des boítes collectrices 10 et 14 comprend un empilement de coquilles identiques assemblées par paires et de façon alternée, dont l'une d'entre elles est représentée en perspective à la figure 2.
La coquille 24 est formée par estampage ou poinçonnage à partir d'une tôle métallique, de préférence en acier inoxydable. La coquille 24 comprend une paroi latérale fermée 26 présentant une région 28 sensiblement rectiligne qui se raccorde à une région 30 sensiblement semi-circulaire.
A son extrémité supérieure (figure 2), la paroi 26 se raccorde à un rebord plan extérieur 32 qui comporte une portion 34 sensiblement rectiligne raccordée à la région 28 de la paroi 26 ainsi qu'une portion 36 de forme sensiblement semi-circulaire qui se raccorde à la région 30 de la paroi 26. Le rebord 32 s'étend radialement vers l'extérieur à partir de la paroi 26.
A son extrémité inférieure (figure 2), la paroi 26 se raccorde à un rebord plan intérieur 38 qui s'étend parallèlement au rebord plan extérieur 32 et qui délimite une ouverture axiale 40 de forme sensiblement semi-circulaire.
Le rebord intérieur 38 s'étend radialement vers l'intérieur à partir de la paroi 26.
Comme on peut le voir sur les figures 2 à 4, la paroi 26 est formée en dépouille de manière à s'évaser à partir du rebord plan intérieur 38 vers le rebord plan extérieur 32.
Comme montré à la figure 2, le rebord plan intérieur 38 comprend une portion 42 sensiblement semi-circulaire s'étendant dans le plan général du rebord 38 et se raccordant à la région 30 de la paroi 26. La portion 42 se raccorde à une région en retrait qui fait également partie du rebord intérieur et qui se trouve plus proche du plan du rebord extérieur que ne l'est le plan du rebord intérieur.
Cette région en retrait comprend une partie centrale 44 (figures 2 à 4) qui s'étend parallèlement au plan des deux rebords 32 et 38 ainsi que deux parties latérales 46 raccordant la partie centrale 44 à la portion 42.
Comme on le voit mieux sur les figures 3 et 4, les coquilles 24 sont destinées à être empilées et assemblées par paires alternativement par leurs rebords intérieurs 38 et par leurs rebords extérieurs 32. Ce qui permet de délimiter une chambre interne 48 (figure 3) s'étendant sur toute la hauteur de l'empilement.
Lorsque deux coquilles 24 sont réunies par leurs rebords intérieurs respectifs 38, leurs régions en retrait délimitent respectivement deux ouvertures latérales 50 (figure 2) propres à recevoir ensemble l'extrémité d'un tube 20 du faisceau.
Dans l'exemple, les tubes 20 ont une section droite de forme sensiblement rectangulaire délimitée par deux grands côtés et deux petits côtés.
La partie centrale 44 de la région en retrait a une longueur sensiblement égale à un grand côté, tandis que les deux parties latérales 46 ont une longueur sensiblement égale à la moitié d'un petit côté.
Autrement dit, la partie centrale 44 et les deux parties latérales 46 d'une même coquille 24 délimitent une ouverture latérale qui correspond sensiblement à la demi-section droite d'un tube.
Le faisceau 18 formé par les tubes 20 et les dissipateurs 22 est monté entre les boítes collectrices 10 et 14 formées chacune par un empilement de coquilles 24. Les tubes 20 et les dissipateurs 22 sont avantageusement formés à partir d'un alliage d'acier inoxydable et d'aluminium.
Après montage et assemblage des différents éléments constitutifs de l'échangeur, ceux-ci sont avantageusement réunis entre eux par brasage au four.
Comme on le voit à la figure 1, l'échangeur de chaleur comprend deux joues d'extrémité 52 et 54 situées respectivement en partie supérieure et en partie inférieure dans la position de la figure 1.
La joue 52 s'étend parallèlement aux tubes 20 et est assemblée aux deux coquilles 24 situées à l'extrémité supérieure des boítes collectrices 10 et 14. Cette joue 52 est équipée elle-même des tubulures 12 et 16.
La joue 54 s'étend parallèlement aux tubes et est assemblée aux deux coquilles 24 situées respectivement aux extrémités opposées des boítes collectrices 10 et 14.
La joue 54 permet ainsi de fermer la dernière coquille de l'empilement de la boíte collectrice 10 ou de la boíte collectrice 14.
Dans une variante (non représentée), il serait possible de prévoir des coquilles spécifiques qui présentent un fond continu à la place du rebord intérieur 42 et qui ferment ainsi l'extrémité d'une boíte à fluide.
Comme montré à la figure 2, la portion 34 du rebord extérieur 32 comprend deux pattes d'indexation 56 formées en crevés et deux ouvertures 58 de forme correspondante.
Lorsque deux coquilles 24 sont assemblées par leurs rebords extérieurs 32, les deux pattes d'indexation 56 d'une coquille pénètrent dans les deux ouvertures 58 de l'autre coquille et vice versa, ce qui assure un positionnement relatif correct des deux coquilles d'une même paire en vue de leur assemblage ultérieur par brasage.
On se réfère maintenant à la forme de réalisation des figures 5 à 7 dans laquelle les éléments communs avec ceux de la première forme de réalisation sont définis par les mêmes références numériques augmentées de 100.
La coquille 124 s'apparente à la coquille 24 décrite précédemment. Elle diffère de cette dernière par le fait que le rebord plan extérieur 132 a une forme sensiblement rectangulaire avec quatre angles arrondis au lieu d'une forme sensiblement semi-circulaire.
Le rebord 132 comprend deux pattes d'indexation 156 formées dans des crevés dans une région 136 du rebord située du côté de la région semi-circulaire 130 de la paroi latérale 124.
Cette région 136 se poursuit par un bord replié 137 qui s'étend dans un plan parallèle à la direction de l'empilement.
Lorsque les coquilles sont empilées, les rebords 137 définissent un plan d'appui sur lequel est assemblée une plaque support 160 comprenant une âme 162 à laquelle se raccorde perpendiculairement une aile 164 (figures 5 et 6).
La coquille 124 diffère en outre de la coquille 24 par le fait que l'ouverture 140 est traversée radialement par un pont de matière 141.
La figure 6 montre, vue en coupe, la constitution de l'échangeur de chaleur respectivement au niveau des plans de coupe VI(A), VI(B) et VI(C) de la figure 5.
On se réfère maintenant à la forme de réalisation des figures 8 à 9 qui constitue une variante de la forme de réalisation des figures 5 à 7. Les éléments communs sont désignés sous les mêmes références numériques augmentées de 100.
La différence principale réside dans le fait que le rebord extérieur 232 comporte, dans sa région 234, une patte 259 qui occupe moins d'une demi-largeur de la coquille. Lorsque deux coquilles sont réunies par leurs rebords extérieurs 232, les pattes 256 permettent une indexation, tandis que les deux pattes 259 peuvent être repliées comme montré à la figure 9 pour assurer un sertissage préalable des deux coquilles 224.
On se réfère maintenant à la forme de réalisation des figures 10 et 11 qui constitue une variante de celle des figures 8 et 9. Les éléments communs avec ceux de la forme de réalisation précédente sont désignés par les mêmes références numériques augmentées de 100.
Dans cette variante, la différence principale réside dans le fait que la patte de sertissage 359 s'étend sur une plus faible largeur. En outre, les pattes d'indexation 256 servent également de pattes de sertissage, comme montré à la figure 11.
Après positionnement de deux coquilles 324 par leurs rebords extérieurs respectifs 332, les pattes d'indexation 356 sont repliées pour servir également de pattes de sertissage.
De même, les pattes 359 sont repliées pour assurer le sertissage.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple.
On comprendra que l'invention n'est pas limitée à un échangeur de chaleur servant au refroidissement d'un flux d'air par échange thermique avec un autre flux d'air et qu'elle peut être utilisée pour assurer un échange thermique entre d'autres types de fluides.

Claims (10)

  1. Echangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes monté entre deux boítes collectrices, dans lequel chaque boíte collectrice (10,14) comprend un empilement de coquilles (24) réunies par paires, et dans lequel chaque coquille (24) comprend une paroi latérale fermée (26) dont une extrémité est raccordée à un rebord plan extérieur (32) et dont une autre extrémité est raccordée à un rebord plan intérieur (38) qui s'étend parallèlement au rebord plan extérieur et qui délimite une ouverture axiale (40), la paroi latérale (26) de chaque coquille (24) délimitant une ouverture latérale (50) dont la section est adaptée à la demi-section droite d'un tube (20),
    en sorte que les coquilles (24) peuvent être assemblées par paires alternativement par leurs rebords intérieurs (38) et par leurs rebords extérieurs (32) en délimitant une chambre interne (48) sur toute la longueur de l'empilement et que les extrémités des tubes (20) peuvent être reçues chacune dans les deux ouvertures latérales (50) de deux coquilles adjacents (24),
    caractérisé en ce que le rebord plan extérieur (32;132;232;332) de chaque coquille comporte des moyens d'indexation (56;156;256;356) propres à assurer un positionnement relatif correct des deux coquilles d'une même paire en vue de leur assemblage par leurs rebords extérieurs respectifs et en ce que ledit rebord extérieur comprend au moins une patte de sertissage (259;359) repliable formée à la périphérie en vue de l'assemblage des deux coquilles d'une même paire.
  2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture latérale (50) d'une coquille (24) est délimitée par une région en retrait (44,46) du rebord intérieur (38), cette région en retrait étant plus proche du plan du rebord extérieur (32) que ne l'est le plan du rebord intérieur (38).
  3. Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tubes (20) ont chacun une section droite sensiblement rectangulaire délimitée par deux grands côtés et deux petits côtés, et en ce que la région en retrait du rebord intérieur (38) comprend une partie centrale (44) de longueur sensiblement égale à un grand côté et deux parties latérales (46) de longueur sensiblement égale à la moitié d'un petit côté.
  4. Echangeur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la région en retrait du rebord intérieur (38) se rattache à une région sensiblement rectiligne (28) de la paroi latérale (26).
  5. Echangeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi latérale (26) comporte en outre une région (30) sensiblement semi-circulaire qui se raccorde à la région rectiligne (28).
  6. Echangeur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la paroi latérale (26) a une forme en dépouille qui va en s'évasant à partir du rebord plan intérieur (38) vers le rebord plan extérieur (32).
  7. Echangeur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'indexation d'une coquille comprennent deux pattes repliées (56;156;256;356) formées chacune dans un crevé du rebord extérieur (32;132;232;332) et propres à s'introduire dans des ouvertures correspondantes d'une autre coquille.
  8. Echangeur selon l'une des revendications 1 à 7,
    caractérisé en ce qu'il comprend des dissipateurs (22) disposés de part et d'autre des tubes (20) du faisceau.
  9. Echangeur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une joue d'extrémité (52) qui s'étend parallèlement aux tubes (20) et qui est assemblée aux deux coquilles situées à une première extrémité de chaque boíte collectrice (10,14), ladite joue (52) étant équipée de deux tubulures (12,16) servant respectivement à l'admission et à l'évacuation d'un fluide parcourant les boítes à fluide et les tubes du faisceau, tandis que les deux coquilles situées à une seconde extrémité de chaque boíte collectrice sont fermées.
  10. Echangeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les coquilles (24) situées à la seconde extrémité de chaque boíte collectrice (10,14) sont, soit fermées par une joue commune (54), soit constituées par des coquilles spécifiques avec un fond continu au niveau du rebord plan intérieur (38).
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