EP0767354B1 - Echangeur de chaleur, en particulier radiateur d'air de suralimentation pour véhicule automobile - Google Patents

Echangeur de chaleur, en particulier radiateur d'air de suralimentation pour véhicule automobile Download PDF

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EP0767354B1 EP96115937A EP96115937A EP0767354B1 EP 0767354 B1 EP0767354 B1 EP 0767354B1 EP 96115937 A EP96115937 A EP 96115937A EP 96115937 A EP96115937 A EP 96115937A EP 0767354 B1 EP0767354 B1 EP 0767354B1
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    • 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
    • F28F9/04—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/18—Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding
    • 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
    • Y10S165/051—Heat exchange having expansion and contraction relieving or absorbing means

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger which can be produced in particular in the form of an air radiator of supercharging for a motor vehicle.
  • the heat exchanger of the invention is of the type describes in the preamble of claim 1.
  • the header plate is capped by a manifold so as to provide a clean room to be traversed by a fluid which also circulates in the bundle tubes.
  • the tubes are traversed by a fluid which can undergo temperature differences important which therefore lead to differences significant dilation.
  • the collar is connected to the rest of the collector plate by a region where the wall of the collector plate is thinned, which allows a deformation of the wall and, by Consequently, an axial clearance of the collar.
  • the collar follows the movement of the end of the tube as a function of differences in thermal expansion.
  • the collar is attached to the wall of the tube by a part which, in cross section, has a swan neck configuration.
  • This neck portion of swan ends with a lip leaning against at least an annular bead formed on the wall of the tube.
  • the invention provides a heat exchanger of the aforementioned type which offers a better aptitude for deformation under the effect of differences in expansion and which also does not require tubes with bosses.
  • each collar is attached to the rest of the collector plate by an annular fold having substantially a U-shaped section and having a branch which constitutes the collar and another branch which constitutes a connecting branch, and localized thinning is carried out in this branch of attachment.
  • this thinning localized is carried out by stamping or removal of material, either on one face of the wall of the collector plate, either on both sides of the plate wall collector.
  • the invention applies in particular to a heat exchanger heat in which the header plate and tubes are in aluminium.
  • the collar has an elongated shape suitable for receiving a tube flat
  • localized thinning is carried out in a region elongated, homologous to that of the collar.
  • the heat exchanger of the invention is particularly achievable as a charge air radiator intended to cool an air flow feeding a motor turbocharged.
  • the heat exchanger shown in Figures 1 and 2 includes a collecting plate 10 which has a shaped core 12 general rectangular with two longitudinal edges 14 folded back substantially at right angles, to allow the header plate 10 to be capped by a box wall collector (not shown) and delimit a clean room to be traversed by a fluid.
  • the collecting plate 10 has a metal wall 16, for example aluminum, which is stamped to form the core 12 and the longitudinal edges 14.
  • a plurality of holes 18 which, in the example, have an oblong shape substantially rectangular whose length extends transversely to the core 12, that is to say perpendicular to the edges longitudinal 14.
  • the holes 18 are arranged in a single row and are regularly spaced between them.
  • Each hole 18 is suitable for receiving one end 20 of a tube 22, in the example a "flat tube", which has a external section adapted to that of the internal section of the hole 18.
  • the tubes 22 are metallic, for example aluminum, and their ends 20 are intended to be connected by brazing to the wall 16 of the collector plate 10.
  • each hole 18 is bordered by a collar 24 obtained by deformation of the wall 16. This collar extends over an axial length greater than the thickness of the wall 16 to allow a better connection by brazing between the end of the tube and the collector plate.
  • tubes 22 are traversed by an air flow which can undergo variations in significant temperatures, where it results in variations in expansion of the tube which can cause stress at the level of the solder connection between the end of the tube and the matching collar.
  • the invention provides means to allow movement of the collar relative to the core 12 of the collector plate.
  • each collar 24 is attached to the core 12, that is to say to the rest of the collector plate 10, by a fold annular 26 which has a contour homologous to that of the collar and which has, in section, substantially the shape of a U.
  • This U has a first branch which constitutes the collar and another branch 28 which constitutes a connecting branch to the core 12.
  • This branch 28 has a thinning located A at which the thickness of the wall of the plate is weaker than at the level of the core 12.
  • this thinning localized is obtained by stamping or removing material from the outer face 30 of the plate collector 10, while its inner face 32 has not undergone material removal.
  • the only difference is that the thinning A has a reduced thickness.
  • the collet 24 may struggle, in the direction of arrow F, relative to the core 12 due to the thinning A made in the thickness of the wall and in a region ring surrounding the collar.
  • solder connection (not shown) between the end 20 of the tube and the collar 24 will not undergo stresses likely to cause cracking or solder break.

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Description

L'invention concerne un échangeur de chaleur pouvant être réalisé en particulier sous la forme d'un radiateur d'air de suralimentation pour véhicule automobile.
L'échangeur de chaleur de l'invention est du type décrit dans le préambule de la revendication 1.
Dans les échangeurs de chaleur de ce type, la plaque collectrice est coiffée par une boíte collectrice de manière à fournir une chambre propre à être parcourue par un fluide qui circule également dans les tubes du faisceau.
Habituellement, on prévoit deux boítes collectrices respectivement aux deux extrémités du faisceau de tubes.
Pour certains types d'échangeurs de chaleur, notamment dans le cas de radiateurs d'air de suralimentation, les tubes sont parcourus par un fluide qui peut subir des écarts de température importants qui entraínent par conséquent des différences de dilatation importantes.
Ces différences de dilatation peuvent engendrer des contraintes au niveau de la liaison par brasage entre les extrémités des tubes et la plaque collectrice. Ces contraintes peuvent même engendrer une rupture de la liaison, d'où un risque de fuites.
On connaít d'après GB-A-845 794 un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel la paroi de la plaque collectrice présente un amincissement localisé dans une région annulaire entourant chaque collet et présentant une forme homologue de celle du collet pour permettre un débattement axial du collet par rapport au reste de la plaque collectrice sous l'effet des variations de longueur du tube par suite de différences de dilatation thermique.
Ainsi, le collet est raccordé au reste de la plaque collectrice par une région où la paroi de la plaque collectrice est amincie, ce qui permet une déformation de la paroi et, par conséquent, un débattement axial du collet.
De ce fait, le collet suit le déplacement de l'extrémité du tube en fonction des différences de dilatation thermique.
En conséquence, la brasure ne subit plus de contraintes et ne risque plus d'entraíner de fuites au niveau du raccordement entre le collet et l'extrémité du tube.
Toutefois, dans GB-A-845 794, le collet se rattache à la paroi du tube par une partie qui, en section droite, présente une configuration en col de cygne. Cette partie en col de cygne se termine par une lèvre prenant appui contre au moins un bourrelet annulaire formé sur la paroi du tube.
L'invention propose un échangeur de chaleur du type précité qui offre une meilleure aptitude à la déformation sous l'effet des différences de dilatation et qui en outre ne nécessite pas de tubes avec des bossages.
Conformément à l'invention, chaque collet se rattache au reste de la plaque collectrice par un pli annulaire ayant sensiblement une section en U et présentant une branche qui constitue le collet et une autre branche qui constitue une branche de rattachement, et l'amincissement localisé est réalisé dans cette branche de rattachement.
Selon un mode de réalisation de l'invention, cet amincissement localisé est effectué par matriçage ou enlèvement de matière, soit sur une face de la paroi de la plaque collectrice, soit sur les deux faces de la paroi de la plaque collectrice.
L'invention s'applique en particulier à un échangeur de chaleur dans lequel la plaque collectrice et les tubes sont en aluminium.
Dans une forme de réalisation de l'invention, dans laquelle le collet a une forme allongée propre à recevoir un tube plat, l'amincissement localisé est effectué dans une région de forme allongée, homologue de celle du collet.
L'échangeur de chaleur de l'invention est particulièrement réalisable sous la forme d'un radiateur d'air de suralimentation destiné à refroidir un flux d'air alimentant un moteur turbocompressé.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :
  • la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un échangeur de chaleur selon l'invention;
  • la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, avec coupe selon la ligne II-II de la figure 1;
  • la figure 3 est une vue en coupe partielle d'une plaque collectrice dans une première forme de réalisation; et
  • la figure 4 est une vue en coupe partielle d'une plaque collectrice selon une autre forme de réalisation.
L'échangeur de chaleur représenté aux figures 1 et 2 comprend une plaque collectrice 10 qui présente une âme 12 de forme générale rectangulaire munie de deux bords longitudinaux 14 repliés sensiblement à angle droit, pour permettre à la plaque collectrice 10 d'être coiffée par une paroi de boíte collectrice (non représentée) et délimiter une chambre propre à être parcourue par un fluide.
La plaque collectrice 10 comporte une paroi métallique 16, par exemple en aluminium, qui est emboutie pour former l'âme 12 et les bords longitudinaux 14.
Par ailleurs, dans l'âme 12 sont ménagés une pluralité de trous 18 qui, dans l'exemple, ont une forme oblongue sensiblement rectangulaire dont la longueur s'étend transversalement à l'âme 12, c'est-à-dire perpendiculairement aux bords longitudinaux 14.
Les trous 18 sont disposés suivant'une seule rangée et sont régulièrement espacés entre eux.
Chaque trou 18 est propre à recevoir une extrémité 20 d'un tube 22, dans l'exemple un "tube plat", qui présente une section externe adaptée à celle de la section interne du trou 18.
Les tubes 22 sont métalliques, par exemple en aluminium, et leurs extrémités 20 sont destinées à être reliées par brasage à la paroi 16 de la plaque collectrice 10.
Pour faciliter cette liaison, chaque trou 18 est bordé par un collet 24 obtenu par déformation de la paroi 16. Ce collet s'étend sur une longueur axiale supérieure à l'épaisseur de la paroi 16 pour permettre une meilleure liaison par brasage entre l'extrémité du tube et la plaque collectrice.
Dans l'exemple où cet échangeur de chaleur est utilisé comme radiateur d'air de suralimentation, les tubes 22 sont parcourus par un flux d'air qui peut subir des variations de température importantes, d'où il résulte des variations de dilatation du tube pouvant entraíner une contrainte au niveau de la liaison par brasure entre l'extrémité du tube et le collet correspondant.
Pour éviter cet inconvénient, l'invention prévoit des moyens pour permettre un débattement du collet par rapport à l'âme 12 de la plaque collectrice.
Dans la forme de réalisation de la figure 3, à laquelle on se réfère maintenant, chaque collet 24 se rattache à l'âme 12, c'est-à-dire au reste de la plaque collectrice 10, par un pli annulaire 26 qui présente un contour homologue de celui du collet et qui présente, en section, sensiblement la forme d'un U.
Ce U comporte une première branche qui constitue le collet et une autre branche 28 qui constitue une branche de rattachement à l'âme 12. Cette branche 28 présente un amincissement localisé A au niveau duquel l'épaisseur de la paroi de la plaque est plus faible qu'au niveau de l'âme 12.
Dans la forme de réalisation de la figure 3, cet amincissement localisé est obtenu par matriçage ou enlèvement de matière à partir de la face extérieure 30 de la plaque collectrice 10, alors que sa face intérieure 32 n'a pas subi d'enlèvement de matière.
Dans la forme de réalisation de la figure 4, à laquelle on se réfère maintenant, la configuration de la plaque collectrice est sensiblement identique à celle de la figure 3.
La seule différence réside dans le fait que l'amincissement A présente une épaisseur plus réduite.
Ceci résulte du fait qu'un enlèvement de matière supplémentaire a été effectué à partir de la face intérieur 32, comme montré par une gorge annulaire 34 qui entoure le collet 24.
Dans l'une ou l'autre des formes de réalisation précédentes, si le tube 22 se dilate dans le sens de la longueur, le collet 24 pourra se débattre, dans la direction de la flèche F, par rapport à l'âme 12 du fait de l'amincissement A réalisé dans l'épaisseur de la paroi et dans une région annulaire entourant le collet.
Il en résulte que la liaison par brasage (non représentée) entre l'extrémité 20 du tube et le collet 24 ne subira pas de contraintes susceptibles d'entraíner une fissuration ou une rupture de la brasure.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment à titre d'exemple.
Elle s'applique en particulier à d'autres types d'échangeurs de chaleur présentant des tubes de sections différentes et pouvant être utilisés dans d'autres applications que les radiateurs d'air de suralimentation.

Claims (6)

  1. Echangeur de chaleur du type comprenant une plaque collectrice (10) qui présente une paroi (16) dans laquelle sont ménagés des trous (18) propres à recevoir les extrémités (20) des tubes (22) d'un faisceau, la paroi de la plaque collectrice étant configurée de manière à former des collets (24) autour des trous (18) en vue d'une liaison par brasage avec les tubes (20), et dans lequel la paroi (16) de la plaque collectrice présente un amincissement localisé (A) dans une région annulaire (28) entourant chaque collet (24) et présentant une forme homologue de celle du collet (24) pour permettre un débattement axial du collet par rapport au reste de la plaque collectrice (10) sous l'effet des variations de longueur du tube par suite de différences de dilatation thermique, caractérisé en ce que chaque collet (24) se rattache au reste de la plaque collectrice (10) par un pli annulaire (26) ayant sensiblement la forme d'un U ayant une branche qui constitue le collet et une autre branche (28) qui constitue une branche de rattachement, et en ce que l'amincissement localisé (A) est réalisé dans cette branche de rattachement (28).
  2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amincissement localisé (A) est effectué par matriçage ou enlèvement de matière sur une face (30) de la paroi (16) de la plaque collectrice (10).
  3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'amincissement localisé (A) est effectué par matriçage ou enlèvement de matière sur les deux faces (30, 32) de la plaque collectrice (10).
  4. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaque collectrice (10) et les tubes (22) sont en aluminium.
  5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel chaque collet (24) a une forme allongée propre à recevoir un tube plat (22), caractérisé en ce que l'amincissement localisé est effectué dans une région de forme allongée (28), homologue de celle du collet (24).
  6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il constitue un radiateur d'air de suralimentation.
EP96115937A 1995-10-06 1996-10-04 Echangeur de chaleur, en particulier radiateur d'air de suralimentation pour véhicule automobile Expired - Lifetime EP0767354B1 (fr)

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