EP0708303A1 - Echangeur de chaleur à faisceau de tubes et à collecteur métallique - Google Patents

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EP0708303A1
EP0708303A1 EP95116262A EP95116262A EP0708303A1 EP 0708303 A1 EP0708303 A1 EP 0708303A1 EP 95116262 A EP95116262 A EP 95116262A EP 95116262 A EP95116262 A EP 95116262A EP 0708303 A1 EP0708303 A1 EP 0708303A1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
folded
manifold
bundle
tubes
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Withdrawn
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EP95116262A
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German (de)
English (en)
Inventor
Michel Potier
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Valeo Thermique Moteur SA
Original Assignee
Valeo Thermique Moteur SA
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Publication date
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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
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/32—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for limiting movements, e.g. stops, locking means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • 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
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/906—Reinforcement

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular for a motor vehicle, of the tube bundle and metal manifold type, in which the ends of the bundle tubes are sealingly mounted in the holes of the manifold, on which is fixed a water.
  • These heat exchangers are intended in particular to form cooling radiators for the thermal engines of motor vehicles.
  • Such a heat exchanger is assembled without welding, the sealing of the bundle tubes with the collector being ensured by an elastomer seal.
  • Such relative movements can be caused in particular under the effect of pressure and mechanical stresses transmitted to the water boxes by the fixing points of the heat exchanger.
  • This pivoting or torsion phenomenon is particularly critical when the bundle has only one row of tubes.
  • French Patent No 84 02964 published under No 2 560 368, describes a heat exchanger which comprises immobilization means cooperating with fins or the like carried by the tubes of the bundle to oppose relative displacement, in particular by pivoting or twisting, of the beam relative to the manifold-water box assembly.
  • these immobilization means are constituted by tabs molded with the water box, which requires to provide specific water boxes.
  • the invention provides another solution.
  • the immobilization means comprise immobilization tabs, folded and formed in one piece with the metal manifold and extending parallel to the direction of the tubes so as to bear against the edges of a certain number of fins of the beam.
  • immobilization tabs are therefore produced in one piece with the collector, the assembly being able to be easily manufactured by conventional operations of cutting, stamping and bending of a metal sheet.
  • the heat exchanger comprises two folded tabs provided at the longitudinal ends of the manifold so as to receive the longitudinal ends of a certain number of fins of the bundle.
  • the folded tabs have, in section, substantially the shape of a U.
  • each of the legs comprises a generally rectangular core connected to the collector by a tongue and two wings folded at right angles to the core, the core coming to bear against an end face of the bundle and the two wings coming to bear against two longitudinal faces of the beam.
  • the two U-shaped legs thus cover the bundle at its two longitudinal ends.
  • the folded legs have slightly open edges in order to facilitate the mounting of the bundle and not to injure the fins.
  • the collector and the immobilization tabs are formed from a sheet blank previously cut and stamped.
  • the tabs are formed initially in the plane of the sheet blank and then folded.
  • the heat exchanger partially shown in FIGS. 1 to 3 comprises a bundle 10 formed of a single row of aligned tubes 12 passing through a multiplicity of plane fins 14 parallel to each other and extending perpendicular to the direction of the tubes 12.
  • a manifold 18 also called “tube plate” or “plate with holes” comprising at its periphery crimping lugs 20 which are folded over the peripheral rim 22 of a water box 24 of the conventional type.
  • the holes 16 of the manifold 18 ( Figure 3) have substantially the shape of ellipses whose small axes are aligned and directed in the direction of the row R of the tubes.
  • Each of the holes 16 is surrounded by a collar 26 ( Figures 1 and 3).
  • an elastomer sheet 27 (FIG. 1) which covers one face of the manifold 18 and which includes collars (not shown) clamped between the ends of the tubes 12 and the collars 26, and this in a manner known per se.
  • the collector 18 is formed from a blank of a metal sheet.
  • the manifold 18 proper has a generally rectangular shape and has two longitudinal edges 30 which form the long sides of the rectangle and extend parallel to an axis XX corresponding to the direction of the row R and at the same time constituting an axis of symmetry.
  • the manifold 18 comprises two longitudinal ends 32 which constitute the short sides of the rectangle.
  • the crimping lugs 20 are formed essentially along each of the longitudinal edges 30.
  • the collector 18 further comprises a crimping lug 34 formed by a puncture in the sheet at each of the longitudinal ends 32 ( Figures 1 to 3).
  • the crimping lugs 20 and the crimping lugs 34 are adapted to be folded against the peripheral edge 22 of the water box 24, and this in a manner known per se.
  • the collector 18 is formed in one piece with two immobilizing lugs 36 formed in the sheet blank and attached to the collector 18 proper at its two longitudinal ends 32.
  • Each of the immobilizing tabs 36 has a generally rectangular shape and is attached to the corresponding end 32 by a tongue 38 of generally rectangular shape, which is limited by two sides 40 (FIG. 2) extending parallel to the axis XX .
  • the tab 36 ( Figure 1) is limited by a large side 42 attached to the tongue 38 and another large side 44, and by two small sides 46 located symmetrically on either side of the axis XX.
  • notches 48 located symmetrically on either side of the axis XX and in the extension of the sides 40 of the tongue 38 ( Figures 1, 2 and 4).
  • the tab 36 has a central core 52 located in the extension of the tongue 38 and two lateral wings 54 connected to the core 52.
  • the notches 48 make it easier to fold the tab 36 along a folding axis 56 perpendicular to the axis XX, which makes it possible to form an edge 58 slightly open attached to the core 52 and two edges 60 slightly open and attached respectively to the two wings 54, as shown in FIGS. 1 to 4.
  • At least one collector 18 formed by cutting a metal sheet.
  • the latter is then stamped so as to constitute a peripheral groove (not shown) suitable for subsequently receiving the peripheral rim 22 of the water box 24.
  • the two wings 54 are also folded at right angles to the core 52 , which makes it possible to provide a folded tab with a U-section as shown in FIGS. 1 and 2.
  • edge 58 and the two edges 60 have advantageously been folded along the axis 56 before the two wings 54 are folded.
  • the tongue 38 comprises a recess formed by two adjacent fold lines 62 which extend parallel to each other and perpendicular to the direction XX.
  • This recess allows the tongue 38 and the core 52 to bypass the longitudinal end 32 of the manifold 18 so as to come as close as possible to the fins 14.
  • each of the legs 36 it then suffices to fold each of the legs 36 around an axis 64 which extends perpendicular to the axis XX and which constitutes the connection between the end 32 of the collector and the corresponding tongue 38.
  • the immobilization tab 36 is then pivoted by approximately 90 °. Then, the manifold 18 is assembled in a conventional manner to the harness 10 and then to the water box 34.
  • each of the immobilizing lugs 36 extends parallel to the direction of the tubes 12 so as to bear against the edges of a certain number of fins 14 of the beam.
  • the folded tab 36 in the position thus represented, covers a longitudinal end of the bundle, the core 52 coming to bear against an end face of said bundle and the two wings 54 coming to bear against two longitudinal faces of the beam.
  • the bundle of tubes is perfectly immobilized with respect to any pivoting or torsional movements relative to the manifold-water box assembly.

Abstract

L'invention concerne un échangeur de chaleur à faisceau de tubes et collecteur métallique. Il comprend des pattes d'immobilisation (36) repliées et formées d'une seule pièce avec le collecteur métallique (18) pour s'étendre parallèlement à la direction des tubes (12) de manière à prendre appui contre les bords d'un certain nombre d'ailettes du faisceau et à empêcher ainsi tout mouvement de pivotement ou de torsion du faisceau (10) par rapport à l'ensemble collecteur (18)-boîte à eau (24). Application notamment aux échangeurs de chaleur à une seule rangée de tubes et destinés aux véhicules automobiles. <IMAGE>

Description

  • L'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, du type à faisceau de tubes et à collecteur métallique, dans lequel les extrémités des tubes du faisceau sont montées à étanchéité dans les trous du collecteur, sur lequel est fixée une boîte à eau.
  • Ces échangeurs de chaleur sont destinés particulièrement à former des radiateurs de refroidissement pour les moteurs thermiques de véhicules automobiles.
  • Un tel échangeur de chaleur est assemblé sans soudure, l'étanchéité des tubes du faisceau avec le collecteur étant assurée par un joint en élastomère.
  • Lorsqu'un tel échangeur de chaleur est manipulé avant ou pendant son montage dans un véhicule, ou lorsqu'il a été monté dans le véhicule, il peut se produire, dans certains cas, des mouvements relatifs, en particulier par pivotement ou par torsion, du faisceau de tubes par rapport à l'ensemble collecteur-boîte à eau.
  • De tels mouvements relatifs peuvent être occasionnés notamment sous l'effet de la pression et des contraintes mécaniques transmises aux boîtes à eau par les points de fixation de l'échangeur de chaleur.
  • Ce phénomène de pivotement ou de torsion est particulièrement critique lorsque le faisceau ne comporte qu'une seule rangée de tubes.
  • Pour éviter cet inconvénient, il est connu de relier les deux boîtes à eau d'un échangeur de chaleur par des traverses permettant de rigidifier l'ensemble. Cette solution a toutefois pour inconvénient de nécessiter des pièces supplémentaires et d'impliquer une forme de boîte et une machine spécifique pour sertir les traverses.
  • D'autres solutions ont également été mises au point pour assurer une liaison rigide entre un faisceau de tubes et un ensemble collecteur-boîte à eau.
  • Ainsi, le Brevet français No 84 02964, publié sous le No 2 560 368, décrit un échangeur de chaleur qui comprend des moyens d'immobilisation coopérant avec des ailettes ou analogues portés par les tubes du faisceau pour s'opposer à un déplacement relatif, en particulier par pivotement ou torsion, du faisceau par rapport à l'ensemble collecteurboîte à eau.
  • Dans cet échangeur de chaleur connu, ces moyens d'immobilisation sont constitués par des pattes venues de moulage avec la boîte à eau, ce qui oblige à prévoir des boîtes à eau spécifiques.
  • L'invention vient apporter une autre solution.
  • Elle propose à cet effet un échangeur de chaleur du type défini précédemment, dans lequel les moyens d'immobilisation comprennent des pattes d'immobilisation, repliées et formées d'une seule pièce avec le collecteur métallique et s'étendant parallèlement à la direction des tubes de manière à prendre appui contre les bords d'un certain nombre d'ailettes du faisceau.
  • Ces pattes d'immobilisation sont donc réalisées monobloc avec le collecteur, l'ensemble pouvant être fabriqué facilement par des opérations classiques de découpage, d'emboutissage et de pliage d'une tôle métallique.
  • Il n'est alors plus nécessaire de prévoir des boîtes à eau spécifiques.
  • Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend deux pattes repliées prévues aux extrémités longitudinales du collecteur de manière à recevoir les extrémités longitudinales d'un certain nombre d'ailettes du faisceau.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, les pattes repliées ont, en section, sensiblement la forme d'un U.
  • De préférence, chacune des pattes comprend une âme de forme générale rectangulaire reliée au collecteur par une languette et deux ailes repliées à angle droit par rapport à l'âme, l'âme venant prendre appui contre une face d'extrémité du faisceau et les deux ailes venant prendre appui contre deux faces longitudinales du faisceau.
  • Les deux pattes en forme de U viennent ainsi coiffer le faisceau à ses deux extrémités longitudinales.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, les pattes repliées ont des bords légèrement ouverts afin de faciliter le montage du faisceau et de ne pas blesser les ailettes.
  • De façon avantageuse, le collecteur et les pattes d'immobilisation sont formés à partir d'un flan de tôle préalablement découpé et embouti.
  • Ainsi, les pattes sont formées initialement dans le plan du flan de tôle puis repliées.
  • Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel :
    • la figure 1 est une vue partielle en élévation, avec une coupe partielle, d'un échangeur de chaleur selon l'invention;
    • la figure 2 est une vue partielle de côté correspondante;
    • la figure 3 est une vue partielle de dessus du même échangeur de chaleur; et
    • la figure 4 est une vue partielle de côté montrant le collecteur selon l'invention.
  • L'échangeur de chaleur représenté partiellement aux figures 1 à 3 comprend un faisceau 10 formé d'une seule rangée de tubes 12 alignés traversant une multiplicité d'ailettes planes 14 parallèles entre elles et s'étendant perpendiculairement à la direction des tubes 12.
  • Les extrémités de ces tubes sont montées à étanchéité dans les trous 16 (figure 3) d'un collecteur 18 (encore appelé "plaque à tubes" ou "plaque à trous") comprenant à sa périphérie des pattes de sertissage 20 qui sont rabattues sur le rebord périphérique 22 d'une boîte à eau 24 de type classique.
  • Dans l'exemple, les trous 16 du collecteur 18 (figure 3) ont sensiblement la forme d'ellipses dont les petits axes sont alignés et dirigés dans la direction de la rangée R des tubes. Chacun des trous 16 est entouré d'un collet 26 (figures 1 et 3).
  • L'étanchéité au niveau des extrémités 25 des tubes 12 est assurée par une feuille d'élastomère 27 (figure 1) qui recouvre une face du collecteur 18 et qui comprend des collets (non représentés) serrés entre les extrémités des tubes 12 et les collets 26, et cela d'une manière en ellemême connue.
  • Le collecteur 18 est formé à partir d'un flan d'une tôle métallique. Le collecteur 18 proprement dit a une forme générale rectangulaire et comporte deux bords longitudinaux 30 qui forment les grands côtés du rectangle et s'étendent parallèlement à un axe XX correspondant à la direction de la rangée R et constituant en même temps un axe de symétrie.
  • Par ailleurs, le collecteur 18 comprend deux extrémités longitudinales 32 qui constituent les petits côtés du rectangle. Les pattes de sertissage 20 sont formées essentiellement le long de chacun des bords longitudinaux 30.
  • Le collecteur 18 comprend en outre une patte de sertissage 34 formée par un crevé de la tôle au niveau de chacune des extrémités longitudinales 32 (figures 1 à 3).
  • Les pattes de sertissage 20 et les pattes de sertissage 34 sont propres à être rabattues contre le bord périphérique 22 de la boîte à eau 24, et cela d'une manière en soi connue.
  • Selon l'invention, le collecteur 18 est formé d'une seule pièce avec deux pattes d'immobilisation 36 formées dans le flan de tôle et rattachées au collecteur 18 proprement dit au niveau de ses deux extrémités longitudinales 32.
  • Chacune des pattes d'immobilisation 36 a une forme générale rectangulaire et est rattachée à l'extrémité 32 correspondante par une languette 38 de forme générale rectangulaire, qui est limitée par deux côtés 40 (figure 2) s'étendant parallèlement à l'axe XX.
  • La patte 36 (figure 1) est limitée par un grand côté 42 rattaché à la languette 38 et un autre grand côté 44, et par deux petits côtés 46 situés symétriquement de part et d'autre de l'axe XX.
  • Dans le côté 44 sont formées deux échancrures 48 situées symétriquement de part et d'autre de l'axe XX et dans le prolongement des côtés 40 de la languette 38 (figures 1, 2 et 4).
  • La patte 36 comporte une âme centrale 52 située dans le prolongement de la languette 38 et deux ailes latérales 54 reliées à l'âme 52.
  • Les échancrures 48 permettent de faciliter le pliage de la patte 36 suivant un axe de pliage 56 perpendiculaire à l'axe XX, ce qui permet de former un bord 58 légèrement ouvert rattaché à l'âme 52 et deux bords 60 légèrement ouverts et rattachés respectivement aux deux ailes 54, comme montré aux figures 1 à 4.
  • Pour assurer la fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'invention, on part d'au moins un collecteur 18 formé par découpe d'une tôle métallique. Cette dernière est ensuite emboutie de manière à constituer une gorge périphérique (non représenée) propre à recevoir ultérieurement le rebord périphérique 22 de la boîte à eau 24. On procède également au pliage à angle droit des deux ailes 54 par rapport à l'âme 52, ce qui permet de fournir une patte repliée à section en U comme représenté aux figures 1 et 2.
  • Il est à noter que le bord 58 et les deux bords 60 ont avantageusement été pliés le long de l'axe 56 préalablement au pliage des deux ailes 54.
  • Comme on le voit sur la figure 4, la languette 38 comprend un décrochement formé par deux lignes de pliage adjacentes 62 qui s'étendent parallèlement entre elles et perpendiculairement à la direction XX.
  • Ce décrochement permet à la languette 38 et à l'âme 52 de contourner l'extrémité longitudinale 32 du collecteur 18 de manière à venir au plus près des ailettes 14.
  • Il suffit ensuite de replier chacune des pattes 36 autour d'un axe 64 qui s'étend perpendiculairement à l'axe XX et qui constitue la liaison entre l'extrémité 32 du collecteur et la languette 38 correspondante.
  • On fait alors pivoter la patte d'immobilisation 36 d'environ 90°. Ensuite, le collecteur 18 est assemblé de façon classique au faisceau 10 puis à la boîte à eau 34.
  • La position ainsi obtenue correspond à celle qui est montrée aux figures 1 à 3 et dans laquelle chacune des pattes d'immobilisation 36 s'étend parallèlement à la direction des tubes 12 de manière à prendre appui contre les bords d'un certain nombre d'ailettes 14 du faisceau.
  • Dans la position ainsi représentée, la patte repliée 36, par sa forme en U, vient coiffer une extrémité longitudinale du faisceau, l'âme 52 venant prendre appui contre une face d'extrémité dudit faisceau et les deux ailes 54 venant prendre appui contre deux faces longitudinales du faisceau.
  • Il en résulte que le faisceau de tubes est parfaitement immobilisé à l'égard de tous mouvements de pivotement ou de torsion par rapport à l'ensemble collecteur-boîte à eau.
  • Les différentes opérations de fabrication d'un échangeur de chaleur selon l'invention sont sensiblement identiques à celles d'un échangeur de chaleur de la technique antérieure.
  • Il suffit simplement de prévoir un collecteur spécifique formé à partir d'un flan de tôle métallique auquel on fait subir un certain nombre d'opérations mécaniques de découpage, emboutissage et pliage.
  • Du fait que le faisceau est parfaitement immobilisé par rapport à l'ensemble collecteur-boîte à eau, on garantit ainsi un maintien d'une étanchéité parfaite au niveau des extrémités des tubes engagées dans les trous du collecteur.

Claims (7)

  1. Echangeur de chaleur à faisceau de tubes et à collecteur métallique, dans lequel les extrémités des tubes (12) sont montées à étanchéité dans les trous (16) du collecteur (18) sur lequel est fixée une boîte à eau (24), ledit échangeur comprenant en outre des moyens d'immobilisation coopérant avec des ailettes (14) ou analogues portées par les tubes (12) du faisceau pour s'opposer à un déplacement relatif, en particulier par pivotement ou torsion, du faisceau (10) par rapport au collecteur (18),
    caractérisé en ce que lesdits moyens d'immobilisation comprennent des pattes d'immobilisation (36), repliées et formées d'une seule pièce avec le collecteur métallique (18) et s'étendant parallèlement à la direction des tubes (12) de manière à prendre appui contre les bords d'un certain nombre d'ailettes (14) du faisceau.
  2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux pattes d'immobilisation repliées (36) prévues aux extrémités longitudinales (32) du collecteur (18) de manière à recevoir les extrémités longitudinales d'un certain nombre d'ailettes (14) du faisceau (10).
  3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les pattes d'immobilisation repliées (34) ont, en section, sensiblement la forme d'un U.
  4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les pattes d'immobilisation repliées (36) comprennent chacune une âme (52) de forme générale rectangulaire reliée au collecteur (18) par une languette (38) et deux ailes (54) repliées à angle droit par rapport à l'âme (52), l'âme (52) venant en appui contre une face d'extrémité du faisceau et les deux ailes (54) venant en appui contre deux faces longitunales du faisceau.
  5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les pattes repliées (36) ont des bords (58,60) légèrement ouverts pour ne pas blesser les ailettes (14).
  6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le collecteur (18) et les pattes d'immobilisation repliées (36) sont formés à partir d'un flan de tôle métallique découpé et embouti.
  7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les pattes d'immobilisation repliées (36) sont initialement dans le plan du flan de tôle puis repliées.
EP95116262A 1994-10-19 1995-10-16 Echangeur de chaleur à faisceau de tubes et à collecteur métallique Withdrawn EP0708303A1 (fr)

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