EP1055897B1 - Echangeur de chaleur muni de positionnement d'ailettes perfectionné - Google Patents

Echangeur de chaleur muni de positionnement d'ailettes perfectionné Download PDF

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EP1055897B1
EP1055897B1 EP20000401350 EP00401350A EP1055897B1 EP 1055897 B1 EP1055897 B1 EP 1055897B1 EP 20000401350 EP20000401350 EP 20000401350 EP 00401350 A EP00401350 A EP 00401350A EP 1055897 B1 EP1055897 B1 EP 1055897B1
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fin
heat exchanger
less
openings
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Philippe Lemercier
Guy Lenormand
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Valeo Thermique Moteur SA
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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
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular 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
    • F28F2240/00—Spacing means

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular for motor vehicle. It relates more particularly to a heat exchanger intended to cooperate with an air flow which crosses it, so as to modify the temperature of this flow.
  • such a heat exchanger comprises a series heat conducting fins, in order to increase its cooperation with the aforementioned air flow.
  • Such fins have a generally substantially planar shape, and are substantially parallel and spaced apart. Otherwise, they are each provided with openings for the passage of tubes intended to convey a clean fluid to exchange the heat with the air flow.
  • the fins are successively stacked the on top of each other.
  • a sliding of one of the fins relative to the others can happen.
  • the openings of this fin are then, at less partly, obscured by the other fins, which makes the subsequent step of inserting the tubes delicate in the openings.
  • Document JP-57-181917 shows such a construction.
  • the present invention improves the situation.
  • each fin has at least one protrusion projecting from a first side, and at least one recess on a second side opposite to the first face, so that the protuberance of a fin is able to cooperate by interlocking with the recess a consecutive fin, which allows positioning substantially the fins relative to each other of so that the openings for the passage of the tubes substantially coincide between two consecutive fins.
  • the fins are made of a material substantially deformable metal and each have at minus a pin forming both the protuberance and the recess supra.
  • these pins are of substantially shaped conical, with the top of the cone turned towards a fin consecutive.
  • these pins have substantially a shape of punctured dome with three sides, each forming a substantially angle less than 90 ° with the aforementioned first side of a fin.
  • each fin comprises at least two recesses and at least two protuberances suitable for engaging in the recesses of a consecutive fin, in view to immobilize the fins appreciably, one with respect to to others.
  • each fin further comprises a plurality spacers, intended to rest on one of the first and second faces of a consecutive fin, in view to keep the fins substantially spaced apart by compared to others, and the spacing stops are high substantially less than a height of the protrusions of positioning.
  • the aforementioned tubes are substantially in contact with the openings of the fins, in order to mechanically stiffen the assembly formed by the fins and the tubes.
  • FIG. 1 we first refer to Figure 1 to describe a heat exchanger according to the invention, intended to cool a fluid thanks to an air flow (arrow F) which crosses it.
  • this heat exchanger is part the cooling module of a motor vehicle engine, as a cooling radiator.
  • the exchanger comprises flat tubes 1 arranged in bundles and intended to convey a heat exchange fluid (liquid cooling) of one of the manifolds 4a that includes the heat exchanger, at the other 4b.
  • the extremities tubes are housed, preferably sealed, in openings in the collector plates 3a and 3b, integral with the manifolds 4a and 4b. Tubes 1 which coolant co-operate by exchange thermal with the air flow F, in order to cool said cooling liquid.
  • the heat exchanger has then fins 2, of generally substantially planar shape and substantially parallel to each other. These fins 2 are made of a heat conductive material (comprising aluminum) in order to increase the surface heat exchange with the air flow F which enters the exchanger, which increases, in general, the cooperation between flow F and the exchanger.
  • the conductive fins have spacing means so as to create gaps between the fins, which allows to leave penetrate the air flow F into the exchanger and avoid heat accumulation points.
  • the fins 2 are substantially perpendicular to the main axes of the tubes 1, and then comprise openings 21 for the passage of the tubes 1.
  • the fins 2 are stacked on top of each other.
  • the tubes 1, preferably produced in a deformable material are introduced into the openings 21 stacked fins 2, with a chosen mechanical play.
  • a stage of expansion of the tubes 1 is then provided, which mechanically stiffens the fins relative to to the tubes, creating in particular a mechanical contact substantially annular between the outer walls of the tubes and the openings 21 of the fins.
  • these fins remain substantially aligned, so that their openings 21 coincide from one fin to the other, which makes it possible to introduce easily the tubes 1 in the openings 21 of the fins consecutive.
  • the openings 21 of these fins must coincide, moreover, with the openings provided in the header plates 3a and 3b.
  • the fins of the heat exchanger comprise means for positioning the consecutive fins, so that the fins stacked successively remain substantially aligned with each other, which allows their openings to substantially coincide respective 21.
  • Fin 2a has openings, substantially in the form of louvers 221 and 222, so as to allow lateral penetration of a part of the air flow F, in order to increase cooperation of the air flow F with the exchanger.
  • Each fin further includes spacing means 23 with a fin consecutive. These spacing means are formed, in the example described, of stops 23 provided with two walls 231 and 232, forming an angle close to 90 ° with a main surface S of the fin (first side mentioned above).
  • fins 2 are made of a metallic material deformable, for example in aluminum and the walls 231 and 232 spacing are obtained by punching on one side of the fins opposite side S (second side mentioned above).
  • the height of walls 231 and 232 defines a general pitch p between consecutive fins (aforementioned interstices).
  • the openings 21 of the fins are substantially oblong, particularly suitable for tubes 1, flat in the example described.
  • the walls of the openings 21 are intended to be substantially in contact with the tubes.
  • the openings 21 of a fin 2b substantially coincide with the openings 21 of a consecutive wing 2a.
  • This coincidence of openings is ensured by means of positioning which comprise the fins of the heat exchanger according to the invention.
  • These positioning means are produced in the form of a substantially conical pin, in particular frustoconical, performed, for example, by punching a bottom face fin 2a.
  • the protuberance formed by punching has a general shape of a punctured dome three sides 241, 242 and 243, these sides forming an angle less than 90 ° with the main surface S of the fin.
  • the spacing walls 231 and 232 are substantially curved laterally at their ends and thus have a shape general of collar. Furthermore, the height h of the spike positioning 24 is greater than the height p of the stop of spacing 23. Thus, the sides 241, 242 and 243 of a fin 2b fit into the recess that forms the punching of positioning of a consecutive fin 2a, while the spacing walls 231 and 232 come into contact with the main surface of the consecutive fin 2a.
  • each fin has two pins of positioning 24a and 24b ( Figure 3), which allows to immobilize the fins appreciably, one with respect to to others.
  • the fins can be substantially immobilized in relation to each other in progress stacking, which facilitates the introduction of the tubes into the openings 21.
  • the two positioning pins 24a and 24b also allow to index the fins, in relation to each other, in the case (not shown) where these do not present any double axial symmetry.
  • positioning means 24 described above can form both means of positioning and spacing means between the fins.
  • These positioning means are produced by punching the fins.
  • these may include a protuberance formed on one side, as well as a recess formed on the other side. If it is particularly desired to train a heat exchanger with tubes inclined at an angle different from 90 ° to the fins, it can be envisaged to shift, in the plane of a fin, the recess of the protuberance it entails.
  • positioning protrusions produced by punching and having three sides (or lips) 241, 242 and 243 is described above by way of example. So general, positioning punches may be provided substantially of frustoconical or conical shapes, with the top of the cone turned towards a consecutive fin.
  • the invention advantageously applies to an exchanger heat produced by mechanical assembly of flat tubes and substantially planar shaped fins, substantially perpendicular to the tubes.

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Description

L'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement un échangeur de chaleur destiné à coopérer avec un flux d'air qui le traverse, de manière à modifier la température de ce flux.
Un tel échangeur de chaleur comporte, à cet effet, une série d'ailettes conductrices de chaleur, en vue d'augmenter sa coopération avec le flux d'air précité. De telles ailettes présentent une forme générale sensiblement plane, et sont sensiblement parallèles et espacées entre elles. Par ailleurs, elles sont munies chacune d'ouvertures pour le passage de tubes destinés à acheminer un fluide propre à échanger de la chaleur avec le flux d'air.
Généralement, les ailettes sont successivement empilées les unes sur les autres. Au montage d'un tel échangeur de chaleur, un glissement de l'une des ailettes par rapport aux autres peut advenir. Les ouvertures de cette ailette sont alors, au moins en partie, occultées par les autres ailettes, ce qui rend délicate l'étape postérieure d'introduction des tubes dans les ouvertures.
Le document JP-57-181917 montre une telle construction. La présente invention vient améliorer la situation.
Selon une définition générale de l'invention, chaque ailette comporte au moins une protubérance faisant saillie sur une première face, et au moins un évidement sur une seconde face opposée à la première face, de sorte que la protubérance d'une ailette est propre à coopérer par emboítement avec l'évidement d'une ailette consécutive, ce qui permet de positionner sensiblement les ailettes les unes par rapport aux autres de manière à ce que les ouvertures pour le passage des tubes coïncident sensiblement entre deux ailettes consécutives.
Avantageusement, les ailettes sont réalisées dans un matériau métallique sensiblement déformable et comportent chacune au moins un picot formant à la fois la protubérance et l'évidement précités.
Préférentiellement, ces picots sont de forme sensiblement conique, avec le sommet du cône tourné vers une ailette consécutive.
Typiquement, ces picots présentent sensiblement une forme de dôme crevé à trois pans, formant chacun un angle sensiblement inférieur à 90° avec la première face précitée d'une ailette.
Avantageusement, chaque ailette comporte au moins deux évidements et au moins deux protubérances propres à s'engager dans les évidements d'une ailette consécutive, en vue d'immobiliser sensiblement les ailettes, les unes par rapport aux autres.
Selon une autre caractéristique optionnelle avantageuse de l'invention, chaque ailette comporte en outre une pluralité de butées d'espacement, destinées à s'appuyer sur l'une des première et seconde faces d'une ailette consécutive, en vue de maintenir les ailettes sensiblement espacées les unes par rapport aux autres, et les butées d'espacement sont de hauteur sensiblement inférieure à une hauteur des protubérances de positionnement.
Dans une forme de réalisation préférée de l'échangeur de chaleur selon l'invention, les tubes précités sont sensiblement en contact avec les ouvertures des ailettes, en vue de rigidifier mécaniquement l'ensemble formé par les ailettes et les tubes.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à l'examen de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple, et des dessins annexés sur lesquels :
  • la figure 1 représente schématiquement un échangeur de chaleur d'un véhicule automobile, muni d'ailettes d'échange thermique ;
  • la figure 2 est une vue générale d'une ailette d'un échangeur de chaleur selon l'invention ;
  • la figure 3 est une vue de face de l'ailette représentée sur la figure 2 ;
  • la figure 4 est une vue selon la coupe IV-IV de la figure 3 ; et
  • la figure 5 est une vue du détail V de la figure 2.
La description détaillée ci-après et les dessins annexés contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
On se réfère tout d'abord à la figure 1 pour décrire un échangeur de chaleur selon l'invention, destiné à refroidir un fluide grâce à un flux d'air (flèche F) qui le traverse. Dans l'exemple décrit, cet échangeur de chaleur fait partie du module de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, en tant que radiateur de refroidissement.
L'échangeur comporte des tubes plats 1 arrangés en faisceaux et destinés à acheminer un fluide d'échange thermique (liquide de refroidissement) de l'une des boítes collectrices 4a que comporte l'échangeur de chaleur, à l'autre 4b. Les extrémités des tubes sont logées, de préférence à étanchéité, dans des ouvertures que comportent des plaques collectrices 3a et 3b, solidaires des boítes collectrices 4a et 4b. Les tubes 1 qui acheminent le liquide de refroidissement coopèrent par échange thermique avec le flux d'air F, en vue de refroidir ledit liquide de refroidissement. L'échangeur de chaleur comporte alors des ailettes 2, de forme générale sensiblement plane et sensiblement parallèles entre elles. Ces ailettes 2 sont réalisées dans un matériau conducteur de chaleur (comportant par exemple de l'aluminium) en vue d'augmenter la surface d'échange thermique avec le flux d'air F qui pénètre dans l'échangeur, ce qui permet d'accroítre, de manière générale, la coopération entre le flux F et l'échangeur.
Comme on le verra plus loin, les ailettes conductrices comportent des moyens d'espacement de manière à créer des interstices entre les ailettes, ce qui permet de laisser pénétrer le flux d'air F dans l'échangeur et d'éviter des points d'accumulation de chaleur. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, les ailettes 2 sont sensiblement perpendiculaires aux axes principaux des tubes 1, et comportent alors des ouvertures 21 pour le passage des tubes 1.
Au cours de l'étape d'assemblage d'un tel échangeur de chaleur, les ailettes 2 sont empilées les unes sur les autres. Ensuite, les tubes 1, préférentiellement réalisés dans un matériau déformable, sont introduits dans les ouvertures 21 des ailettes empilées 2, avec un jeu mécanique choisi. Dans le procédé de fabrication d'un tel échangeur de chaleur, il est prévu ensuite une étape de dilatation des tubes 1, ce qui permet de rigidifier mécaniquement les ailettes par rapport aux tubes, en créant en particulier un contact mécanique sensiblement annulaire entre les parois externes des tubes et les ouvertures 21 des ailettes.
Il est souhaité en particulier que ces ailettes restent sensiblement alignées, de sorte que leurs ouvertures 21 coïncident d'une ailette à l'autre, ce qui permet d'introduire facilement les tubes 1 dans les ouvertures 21 des ailettes consécutives. Les ouvertures 21 de ces ailettes doivent coïncider, par ailleurs, avec les ouvertures prévues dans les plaques collectrices 3a et 3b.
Cependant, il peut advenir au cours du montage d'un tel échangeur que l'une des ailettes glisse hors de l'empilement.
Les ouvertures 21 que cette ailette comporte sont alors occultées, au moins en partie, par les autres ailettes.
Selon l'invention, les ailettes de l'échangeur de chaleur comportent des moyens de positionnement des ailettes consécutives, de sorte que les ailettes empilées successivement restent sensiblement alignées les unes par rapport aux autres, ce qui permet de faire coïncider sensiblement leurs ouvertures respectives 21.
On se réfère maintenant à la figure 2 pour décrire une ailette d'un échangeur de chaleur selon l'invention. L'ailette 2a comporte des ouvertures, sensiblement en forme de persiennes 221 et 222, de manière à laisser pénétrer latéralement une partie du flux d'air F, en vue d'augmenter la coopération thermique du flux d'air F avec l'échangeur. Chaque ailette comporte en outre des moyens d'espacement 23 avec une ailette consécutive. Ces moyens d'espacement sont formés, dans l'exemple décrit, de butées 23 munies de deux parois 231 et 232, formant un angle voisin de 90° avec une surface principale S de l'ailette (première face précitée). En pratique, les ailettes 2 sont réalisées dans un matériau métallique déformable, par exemple en aluminium et les parois 231 et 232 d'espacement sont obtenues par poinçonnage sur une face des ailettes opposée à la face S (seconde face précitée). La hauteur des parois 231 et 232 définit un pas général p entre les ailettes consécutives (interstices précités).
Les ouvertures 21 des ailettes sont sensiblement oblongues, de forme particulièrement adaptées aux tubes 1, plats dans l'exemple décrit. Les parois des ouvertures 21 sont destinées à être sensiblement en contact avec les tubes.
En se référant à la figure 2, les ouvertures 21 d'une ailette 2b coïncident sensiblement avec les ouvertures 21 d'une ailette consécutive 2a. Cette coïncidence des ouvertures est assurée grâce à des moyens de positionnement que comportent les ailettes de l'échangeur de chaleur selon l'invention. Ces moyens de positionnement sont réalisés sous la forme d'un picot sensiblement conique, en particulier tronconique, effectué, par exemple, par poinçonnage d'une face inférieure de l'ailette 2a.
En se référant à la figure de détail 5, la protubérance formée par poinçonnage présente une forme générale de dôme crevé à trois pans 241, 242 et 243, ces pans formant un angle inférieur à 90° avec la surface principale S de l'ailette.
En se référant à la figure 4, représentant une vue en coupe transversale de deux ailettes consécutives 2a et 2b, les parois 231 et 232 d'espacement sont sensiblement recourbées latéralement en leurs extrémités et présentent ainsi une forme générale de collet. Par ailleurs, la hauteur h du picot de positionnement 24 est supérieure à la hauteur p de la butée d'espacement 23. Ainsi, les pans 241, 242 et 243 d'une ailette 2b s'emboítent dans l'évidement que forme le poinçonnage de positionnement d'une ailette consécutive 2a, tandis que les parois 231 et 232 d'espacement viennent en contact avec la surface principale de l'ailette consécutive 2a.
Avantageusement, chaque ailette comporte deux picots de positionnement 24a et 24b (figure 3), ce qui permet d'immobiliser sensiblement les ailettes, les unes par rapport aux autres.
Ainsi, selon l'un des avantages majeurs que procure la présente invention, les ailettes peuvent être sensiblement immobilisées les unes par rapport aux autres en cours d'empilement, ce qui facilite l'introduction des tubes dans les ouvertures 21.
Selon un autre avantage que procure l'invention, les deux picots de positionnement 24a et 24b permettent en outre d'indexer les ailettes, les unes par rapport aux autres, dans le cas (non représenté) où celles-ci ne présentent pas de double symétrie axiale.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite ci-avant à titre d'exemple. Elle s'étend à d'autres variantes.
On comprendra ainsi que les moyens de positionnement 24 décrits ci-avant peuvent former à la fois des moyens de positionnement et des moyens d'espacement entre les ailettes.
Ces moyens de positionnement sont réalisés par poinçonnage des ailettes. En variante, celles-ci peuvent comporter une protubérance formée sur une face, ainsi qu'un évidement formé sur l'autre face. S'il est souhaité en particulier de former un échangeur de chaleur avec des tubes inclinés d'un angle différent de 90° par rapport aux ailettes, il peut être envisagé de décaler, dans le plan d'une ailette, l'évidement de la protubérance qu'elle comporte.
La forme des protubérances de positionnement réalisées par poinçonnage et présentant trois pans (ou lèvres) 241, 242 et 243 est décrite ci-avant à titre d'exemple. De manière générale, il peut être prévu des poinçons de positionnement sensiblement de formes tronconiques, ou encore coniques, avec le sommet du cône tourné vers une ailette consécutive.
L'invention s'applique, de façon avantageuse, à un échangeur de chaleur réalisé par assemblage mécanique des tubes plats et d'ailettes de forme sensiblement planes, sensiblement perpendiculaires aux tubes.

Claims (7)

  1. Echangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, du type comprenant une série d'ailettes (2a, 2b) sensiblement planes, sensiblement parallèles et espacées entre elles, munies chacune d'ouvertures (21) pour le passage de tubes (1) d'échange thermique dans lequel chaque ailette (2) comporte une pluralité de butées d'espacement (23), destinées à s'appuyer sur l'une des première et seconde faces (S) d'une ailette consécutive, en vue de maintenir les ailettes sensiblement espacées les unes par rapport aux autres ;
    caractérisé en ce que chaque ailette (2a) comporte en outre au moins une protubérance faisant saillie sur une première face (S), et au moins un évidement sur une seconde face opposée à ladite première face, tandis que la protubérance (24) d'une ailette (2b) est propre à coopérer par emboítement avec l'évidement d'une ailette consécutive (2a), ce qui permet de positionner sensiblement les ailettes les unes par rapport aux autres, de sorte que les ouvertures (21) pour le passage des tubes coïncident sensiblement entre deux ailettes consécutives (2a, 2b), tandis que les butées d'espacement (23) sont de hauteur (p) sensiblement inférieure à une hauteur (h) des protubérances de positionnement (24).
  2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes (2) sont réalisées dans un matériau métallique sensiblement déformable, et en ce que les ailettes comportent chacune un picot (24) pour former à la fois une protubérance sur la première face (S) et un évidement dans la seconde face opposée.
  3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits picots (24) sont de forme sensiblement conique.
  4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les picots (24) présentent sensiblement une forme de dôme crevé à trois pans (241,242,243).
  5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque pan (241,242,243) forme un angle sensiblement inférieur à 90° avec la première face (S) de l'ailette.
  6. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque ailette comporte au moins deux évidements et au moins deux protubérances (24a,24b) propres à s'engager dans les évidements d'une ailette consécutive, en vue d'immobiliser sensiblement les ailettes, les unes par rapport aux autres.
  7. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes (1) sont sensiblement en contact mécanique avec lesdites ouvertures (21) des ailettes.
EP20000401350 1999-05-27 2000-05-17 Echangeur de chaleur muni de positionnement d'ailettes perfectionné Expired - Lifetime EP1055897B1 (fr)

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