EP1174673A2 - Module d'échange de chaleur, notamment pour véhicule automobile, et procédé de fabrication de ce module - Google Patents

Module d'échange de chaleur, notamment pour véhicule automobile, et procédé de fabrication de ce module Download PDF

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EP1174673A2
EP1174673A2 EP01115796A EP01115796A EP1174673A2 EP 1174673 A2 EP1174673 A2 EP 1174673A2 EP 01115796 A EP01115796 A EP 01115796A EP 01115796 A EP01115796 A EP 01115796A EP 1174673 A2 EP1174673 A2 EP 1174673A2
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EP
European Patent Office
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tubes
fins
exchangers
elongated
cutouts
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Carlos Martins
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Valeo Thermique Moteur SA
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    • F28F2215/00—Fins
    • F28F2215/12—Fins with U-shaped slots for laterally inserting conduits

Definitions

  • the invention relates to a heat exchange module, in particular for motor vehicles, consisting of several exchangers having common fins.
  • a module for exchanging heat comprising at least two heat exchangers, each exchanger consisting of a bundle interposed between two manifolds, the beam being formed of tubes of circulation of fluid connected to the manifolds and which pass through cooling fins common to at least two module exchangers.
  • Motor vehicle heat exchangers are generally in the form of a bundle of circulation of fluid and heat exchange fins with the external environment.
  • the beam is interposed between two boxes manifolds that distribute the fluid in the tubes of circulation.
  • the exchanger includes a single manifold divided into an inlet section and a outlet section.
  • a main exchanger such as a motor vehicle engine cooling radiator
  • secondary exchangers in order to constitute a assembly, also called module, ready to be installed in the vehicle, the fins of the module being common to the different exchangers.
  • the secondary exchanger is most often made up an engine charge air cooler, a air conditioning condenser or oil cooler.
  • the exchangers are assembled in a single brazing operation.
  • the fins consist of corrugated interleaves arranged between the tubes and parallel to them.
  • the component parts of the exchanger are assembled exclusively by mechanical means such as crimping. This type of exchanger has fine and flat fins, arranged perpendicular to the tubes and crossed by these last.
  • Mechanically assembled exchangers have several benefits. They are compact, they offer ease of mounting the manifolds, the distance between the ends of the tubes being precise. Their fins being thinner than those of brazed exchangers, they are more numerous and allow a better heat exchange. However, they present the disadvantage of requiring assembly operations costly in time and tools. In particular, the assembly secondary exchanger (s) on the main exchanger must be obtained by special mechanical means which harm the compactness of the module.
  • the present invention relates to a module for exchanging heat which, while retaining the specific advantages of mechanically assembled exchangers, provides ease assembly of the exchangers between them and makes it possible to produce a compact heat exchange module.
  • the tubes and the fins are joined by brazing and that the fins have the shape of an elongated rectangle having two elongated sides and two short sides, the fins comprising, on at least one of the elongated sides, cutouts receiving tubes in which the circulation tubes at least one of the exchangers are introduced.
  • the assembly of the module is particularly simplified in since the tubes can be slid sideways into the receiving cutouts of the tubes of the fins, before being secured to these fins by brazing.
  • the invention preferably applies to the exchange modules of heat comprising metal manifolds, particularly aluminum.
  • the plate to tubes and the cover being metallic, the cover, the plate tubes and the bundle are assembled by soldering into one surgery.
  • This alternative embodiment therefore requires a minimum assembly operations.
  • the invention also applies to the case where the beam only is brazed.
  • the tube plates are conventionally fixed to the tubes by flaring of the ends of these.
  • the cover of the manifold made for example of plastic will be assembled alone mechanically, for example by crimping tabs on the box collecting.
  • This variant has the advantage of deleting a number of mechanical plate assembly operations tubes on the ends of the bundle tubes.
  • the tube receiving cutouts only exist on one of the two elongated sides of the fins.
  • the heat exchange module since the heat exchange module has at least two exchangers, two or more than two tubes are successively introduced into each of the cutouts reception practiced in the fin. Cutting can thus contain two, three or more tubes.
  • the fin includes tube receiving cutouts on both sides elongate.
  • the exchanger tubes are distributed on both elongated sides of the fins.
  • the tubes of an exchanger are introduced into the receiving cutouts tubes from one of the elongated sides, while the tubes from circulation of fluid are introduced into the cutouts of receiving tubes on the other elongated side.
  • the module heat exchanger has more than two exchangers, per example three, we will introduce the tubes of two exchangers in the tube receiving cutouts on one of the elongated sides, and the tubes of the third exchanger in the cutouts of receiving tubes on the other elongated side.
  • the tube receiving cutouts may have a constant width over their entire length.
  • the cutouts for receiving tubes have a widening stepped profile from the bottom of the cut to the entrance of the cut.
  • This embodiment is particularly suited to the case where the exchangers have fluid circulation tubes of thicknesses different.
  • the stepped profile of the receiving cutout tubes allows to adapt the width of the cut to the thickness tubes of each exchanger.
  • each cutout for receiving a tube comprises a thermal insulation notch located between the tubes of the exchangers.
  • This notch is intended to avoid, in any wherever possible, establishing a thermal bridge between the part of the fins corresponding to an exchanger and the part fins corresponding to the adjacent exchanger.
  • the fins and / or the tubes are covered with a solder plating.
  • the short sides of the fins are folded down and joined to the bundle by brazing.
  • the invention further relates to a method of manufacturing a heat exchange module comprising at least two exchangers heat, each exchanger consisting of a bundle interposed between two manifolds, the beam being formed of fluid circulation tubes connected to the boxes manifolds, and which passes through cooling fins common to the module exchangers, the fins having the shaped like an elongated rectangle having two elongated sides and two short sides.
  • the cover, the tube plate and the bundle are assembled by brazing into a single operation. If all tube plates and all covers are metallic, for example aluminum, the module is assembled in a single operation by soldering and all mechanical assembly operations are eliminated.
  • the tube plate and harness can be assembled by soldering in one operation.
  • the manifold is then mechanically assembled in a later operation.
  • the heat exchange module shown in Figure 1 is composed of a radiator 1 for cooling an engine motor vehicle and an air conditioning condenser 2, these two interchanges being generally planar.
  • the radiator 1 consists in a known manner of a beam of vertical fluid circulation tubes 5 mounted between two manifolds 6 (only one box has been shown), the manifolds 6 being arranged along two sides parallel to the bundle of tubes and fitted with tubes 8 inlet and outlet of the coolant.
  • the condenser 2 also consists of a bundle of tubes vertical fluid circulation 10 mounted between two boxes manifolds 12 (only one box has been shown), the boxes manifolds being arranged along two parallel sides of the bundle and fitted with inlet and outlet pipes from the refrigerant (not shown).
  • Fins 14 common to exchangers 1 and 2 are mounted from conventionally on the tubes 5 of the exchanger 1 and the tubes 10 of the exchanger 2.
  • Figure 3 shows, in plan view, the shape of a elongated rectangle (see figure 3) comprising a first and a second elongated sides 16, 18 and two short sides 20.
  • the cutouts 22 and 24 have a shape corresponding to that of the tubes. Their width is designed to in such a way that the tubes can be introduced therein just sliding.
  • the pitch of cuts 22 and 24 is equal to that of tubes 5 and 10.
  • the fin 14 is separated into two zones heat exchange by two series of elongated perforations 26 intended to avoid as far as possible the establishment of a thermal bridge between the part of the fins 14 corresponding to exchanger 1 and the part of the fins 14 corresponding to exchanger 2.
  • the manifold 6 of the exchanger 1 ( Figure 1) includes a first part 28 and a second part 30, each formed at from a metal sheet, advantageously aluminum, which is shaped by conventional cutting operations and stamping.
  • the first part 28 has a bottom 32 which is generally flat and elongated rectangular shape.
  • This background 32 is intended to constitute the collecting plate, also called “plate to holes ", of the manifold 6.
  • This bottom comprises for this purpose a plurality of spaced apart holes 34 of elongate shape for receive the tubes 5 of the exchanger 1 ( Figure 2).
  • Part 30 further comprises two lateral sides 36 folded opposite which are generally planar and parallel to each other. These flanks 36 are connected substantially perpendicular to the bottom 32 by two fold lines which are parallel to each other.
  • the tubing 8 is arranged in one of the lateral flanks 36.
  • the second part 30 is obtained from a strip metallic of given width which has generators parallel. This strip can come to fit between the sides side 36 of the first part 28 to form a set ready to be soldered together with tubing 8.
  • the manifold 12 of the exchanger 2 has the form general of an elongated cylinder provided with perforations (not visible in Figure 1) intended to receive the tubes 10 of the exchanger.
  • the exchanger is assembled as follows. We assemble at share the manifolds of each of the two exchangers and the respective tubes of each of these exchangers.
  • the fins are superimposed on each other in such a way that the cutouts 22 and 24 for receiving the tubes 5 and 10 are in line with one another.
  • the tubes 5 of the exchanger 1 on the elongated side 16 fins 14 and the tubes 10 of the exchanger 2 on the elongated side 18 of the fins 14. All the parts of the exchanger having been thus assembled, the heat exchange module can be brazed in a single operation in a brazing furnace, so conventional.
  • the tubes and / or the fins advantageously comprise a solder plating.
  • the short sides 20 of the fins 14 are folded down and joined to the bundle by brazing.
  • FIG. 4 a cross-sectional view of an alternative embodiment of the exchanger 1 forming part of a heat exchange module identical to that which has been described with reference to Figures 1 to 3.
  • the exchanger includes a manifold 40 which is not metallic. It cannot therefore be assembled by soldering in a single operation to the rest of the exchange module heat.
  • the collector plate 42 which is metal can be assembled by brazing to tubes 5 of exchanger 1.
  • the plate with tubes 42 has a groove 44 into which is inserted a seal 46.
  • a seal is produced so by applying the foot 48 of the cover 40 to the seal 46 and by crimping the cover 40 on the tube plate 42 by means of folded legs 50 forming part from the tube plate.
  • FIG. 5 shows a partial perspective view a pad of fins for a heat exchange module according to a second embodiment of the invention.
  • each fin 14 has two elongated sides 16, 18 and two short sides 20.
  • the elongated sides 16 and 18 do not appear longer than the short sides 20 because the representation of the fin is partial for the sake of simplification. In reality, the fin has the shape of a very elongated rectangle.
  • the fins 14 have on one of the elongated sides, the side 16 in the example, cutouts 22 intended for the reception of fluid circulation tubes of two exchangers forming part a heat exchange module.
  • cutouts 22 are sufficiently elongated to accommodate simultaneously the tubes of the two exchangers.
  • the width of the cutout 22 could be constant.
  • the cutout 22 consists of a larger section 52 width and a section 54 of smaller width.
  • the section 54 is located on the bottom side 60 of the cutout 22, while section 52 is located on the entrance side 62 of this last. In this way, the cut has a stepped profile which widens from the bottom 60 towards the entrance 62 of the cutting.
  • the two sections 52 and 54 are separated from each other by a thermal insulation notch 56 intended to limit the heat transmission between section 52 and section 54.
  • a thermal insulation notch 56 intended to limit the heat transmission between section 52 and section 54.
  • FIG. 6 shows a partial perspective view a heat exchange module conforming to the second mode of realization of the invention prior to its assembly and, in FIG. 7, this same heat exchange module in position Assembly.
  • the heat exchange module is consisting of two subsets.
  • the first subset is consisting of two exchangers, namely a radiator 1 of cooling of a motor vehicle engine and a air conditioning condenser 2, these two exchangers being generally plans.
  • the radiator 1 consists in a known manner of a beam of vertical fluid circulation tubes 5 mounted between two manifolds 6 (only one box has been shown), the manifolds 6 being arranged along two sides parallel to the bundle of tubes and fitted with tubes 8 inlet and outlet due to coolant.
  • the manifold 6 of the exchanger 1 comprises a first part 28 and a second part 30, each formed from a metal sheet, preferably aluminum.
  • the first part 28 has a bottom 32 which is generally flat and of elongated rectangular shape, intended to constitute the header plate which receives the tubes 5.
  • the condenser 2 also consists of a bundle of tubes vertical fluid circulation 10 mounted between two boxes manifolds 12 (only one box has been shown), the boxes manifolds being arranged along two parallel sides of the bundle and fitted with inlet and outlet pipes 9 of the refrigerant.
  • the second subset which constitutes the exchange module of heat is constituted by a stack of fins 14, all identical to each other. These fins have been described with reference to Figure 5.
  • the two sub-assemblies are shown assembled to form the heat exchange module.
  • the tubes 10 of the bundle of the condenser are thinner and shorter than the tubes 5 of the radiator heat exchange bundle 1. This is the reason for which the section 54 of the tube reception area 22, located on the bottom side 60 of this cut, is narrower and shorter than section 52 located on the side of entrance 62 of this cutout.
  • the cutout 22 has a profile in bleachers widening from the bottom 60 of the cutout towards its entrance 62. This stepped profile makes it possible to adapt the shape exactly from there cut to the geometry of the tubes 5 and 10 of the two heat exchanger modules.
  • the first subset i.e. exchangers 1 and 2 consisting of their manifold and bundle of tubes from each of them, is assembled separately by brazing, without the fins 14. Then the tubes 10 and 5 are introduced into the cutouts 22 of the fin block 14. The width of sections 52 and 54 is designed so that the tubes are forcibly inserted into the cutouts 22.
  • the connection between tubes 5 and 10 of the heat exchange module and the fins 14 is thus of the mechanical type.
  • this embodiment is susceptible of various variants. It is, for example, possible to solder only the tube plate 32 to the bundle tubes and to assemble mechanically the manifold 6 mechanically.
  • the two exchangers 1 and 2 are assembled with the fin block 14 and the whole is brazed in a single operation in an oven.
  • the thermal connection between the tubes 5 and 10 of the exchangers and the fins 14 is of the brazed type.
  • the main advantage of a mechanical connection is the makes it possible to use bent tubes with channels. Indeed, for reasons of mechanical strength, the use of flat tubes without channels is prohibited in this type of embodiment. Control leaks on the exchangers can be achieved before mounting on the fins 14. The necessary flux residues brazing will be limited to tubes and boxes collector. It is also easier to remove the bridge between the two exchangers since the critical part is between the two rows of tubes and that, due to the space left free between these two rows of tubes in the cutout 22 for receiving the tubes, there is no material conductor between the two exchangers, except for the exchange surface formed by the shutters 57.
  • plane fins such as the fins 14 allows the removal of the exchanger cheeks which are required in a heat exchanger have spacers wavy.
  • FIG. 8 shows an alternative embodiment of the fins 14.
  • the fins 14 comprise a tube receiving cutout 22 on the elongated side 16 and a tube receiving cutout 24 on the elongated side 18.
  • the cutouts 22 are similar to the cutouts described on Figures 5 to 7. In other words, their length is expected to be in such a way that they are able to receive the tubes of two exchangers, for example a cooling radiator and an air conditioning condenser. They have a profile in bleachers which widens from the bottom 60 towards the entrance 62 of cuts. Sections 52 and 54, adapted to the reception of tubes of each of the two exchangers, are separated by a notch 56 for thermal insulation.
  • the tube receiving cutout 24 provided on the sides elongated 18 fins 14 is similar to the cut 24 shown in Figures 1 to 4. In other words, it is designed to accommodate the tubes of a single heat exchanger. Thus, in total, the fins 14 shown in Figure 8 can receive the tubes of three exchangers.
  • the module heat exchange can thus consist of three exchangers.
  • the cuts receiving tubes can be provided to receive more of two tubes, for example three or more.
  • a heat exchange module could include four exchangers, the tubes of two of these exchangers being introduced into the cutouts 22, while the tubes of the two other exchangers are introduced in the cutouts 24.

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Abstract

Un module d'échange de chaleur comprend au moins deux échangeurs (1, 2) constitués d'un faisceau de tubes (5, 10) interposés entre deux boîtes collectrices (6, 12). Les tubes de circulation de fluide (5, 10) traversent des ailettes de refroidissement (14) communes à au moins deux échangeurs (1, 2) du module d'échange de chaleur. Les tubes (5, 10) et les ailettes (14) sont solidarisées par brasage. Les ailettes comportent des découpes (22, 24) dans lesquelles les tubes des deux échangeurs sont introduits. Les ailettes et/ou les tubes sont recouverts d'un placage de brasure. <IMAGE>

Description

L'invention concerne un module d'échange de chaleur, notamment pour véhicule automobile, constitué de plusieurs échangeurs ayant des ailettes communes.
Elle concerne plus particulièrement un module d'échange de chaleur comprenant au moins deux échangeurs de chaleur, chaque échangeur étant constitué d'un faisceau interposé entre deux boítes collectrices, le faisceau étant formé de tubes de circulation de fluide raccordés aux boítes collectrices et qui traversent des ailettes de refroidissement communes à au moins deux échangeurs du module.
Les échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles se présentent généralement sous la forme d'un faisceau de tubes de circulation de fluide et d'ailettes d'échange de chaleur avec le milieu extérieur. Le faisceau est interposé entre deux boítes collectrices qui distribuent le fluide dans les tubes de circulation. Ou bien, en variante, l'échangeur comporte une boíte collectrice unique divisée en une section d'entrée et une section de sortie.
Il est connu d'assembler sur un échangeur principal, tel qu'un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, un ou plusieurs échangeurs secondaires afin de constituer un ensemble, appelé encore module, prêt à être installé dans le véhicule, les ailettes du module étant communes aux différents échangeurs. L'échangeur secondaire est constitué le plus souvent d'un refroidisseur d'air de suralimentation du moteur, d'un condenseur de climatisation ou d'un radiateur d'huile.
Il existe deux technologies principales de réalisation des échangeurs de chaleur pour véhicules automobiles. Selon une première technologie, les échangeurs sont assemblés en une seule opération par brasage. Pour ce type d'échangeurs, les ailettes sont constituées d'intercalaires ondulés disposés entre les tubes et parallèlement à ces derniers. Selon une autre technologie, les pièces constitutives de l'échangeur sont assemblées exclusivement par des moyens mécaniques tel que le sertissage. Ce type d'échangeur comporte des ailettes fines et planes, disposées perpendiculairement aux tubes et traversées par ces derniers.
Les échangeurs assemblés mécaniquement présentent plusieurs avantages. Ils sont compacts, ils offrent une facilité de montage des collecteurs, les entraxes des extrémités des tubes étant précis. Leurs ailettes étant plus fines que celles des échangeurs brasés, elles sont plus nombreuses et permettent un meilleur échange de chaleur. Toutefois, ils présentent l'inconvénient de nécessiter des opérations d'assemblage coûteuses en temps et en outillage. En particulier, l'assemblage du ou des échangeurs secondaires sur l'échangeur principal doit être obtenu par des moyens mécaniques particuliers qui nuisent à la compacité du module.
La présente invention a pour objet un module d'échange de chaleur qui, tout en conservant les avantages propres aux échangeurs assemblés mécaniquement, offre une facilité d'assemblage des échangeurs entre eux et permet de réaliser un module d'échange de chaleur compact.
Ce résultat est obtenu, conformément à l'invention, par le fait que les tubes et les ailettes sont solidarisés par brasage et que les ailettes présentent la forme d'un rectangle allongé ayant deux côtés allongés et deux petits côtés, les ailettes comportant, sur l'un au moins des côtés allongés, des découpes de réception des tubes dans lesquelles les tubes de circulation de l'un au moins des échangeurs sont introduits.
Ainsi, le montage du module est particulièrement simplifié dans la mesure où les tubes peuvent être glissés latéralement dans les découpes de réception des tubes des ailettes, avant d'être solidarisés à ces ailettes par brasage.
L'invention s'applique de préférence aux modules d'échange de chaleur comportant des boítes collectrices métalliques, particulièrement en aluminium. Dans un tel cas, la plaque à tubes et le couvercle étant métalliques, le couvercle, la plaque à tubes et le faisceau sont assemblés par brasage en une seule opération. Cette variante de réalisation nécessite donc un minimum d'opérations d'assemblage.
Cependant, l'invention s'applique également au cas où le faisceau seul est brasé. Dans ce cas, les plaques à tubes sont fixées de manière conventionnelle sur les tubes par évasement des extrémités de ces derniers.
Enfin, selon une réalisation intermédiaire, il est possible de braser une plaque à tubes métallique sur le faisceau en une seule opération de brasage.
Dans une telle variante, le couvercle de la boíte collectrice réalisé par exemple en matière plastique, sera seul assemblé mécaniquement, par exemple par sertissage de pattes de la boíte collectrice. Cette variante présente l'intérêt de supprimer un certain nombre d'opérations d'assemblage mécanique de la plaque à tubes sur les extrémités des tubes du faisceau.
Dans un mode de réalisation, les découpes de réception des tubes n'existent que sur l'un des deux côtés allongés des ailettes. Dans ce cas, étant donné que le module d'échange de chaleur comporte au moins deux échangeurs, deux ou plus de deux tubes sont introduits successivement dans chacune des découpes de réception pratiquées dans l'ailette. La découpe peut ainsi contenir deux, trois, voire davantage de tubes.
Dans un autre mode de réalisation, l'ailette comporte des découpes de réception des tubes sur chacun des deux côtés allongés. Dans ce cas, les tubes des échangeurs sont répartis sur les deux côtés allongés des ailettes. Par exemple, si le module d'échange de chaleur comporte deux échangeurs, les tubes d'un échangeur sont introduits dans les découpes de réception des tubes de l'un des côtés allongés, tandis que les tubes de circulation de fluide sont introduits dans les découpes de réception des tubes de l'autre côté allongé. Si le module d'échange de chaleur comporte plus de deux échangeurs, par exemple trois, on introduira les tubes de deux échangeurs dans les découpes de réception des tubes de l'un des côtés allongés, et les tubes du troisième échangeur dans les découpes de réception des tubes de l'autre côté allongé.
Les découpes de réception des tubes peuvent présenter une largeur constante sur toute leur longueur. Toutefois, dans une variante de réalisation préférée, les découpes de réception des tubes présentent un profil en gradins qui va en s'élargissant du fond de la découpe vers l'entrée de la découpe.
Cette réalisation est particulièrement adaptée au cas où les échangeurs ont des tubes de circulation de fluide d'épaisseurs différentes. Le profil en gradins de la découpe de réception des tubes permet d'adapter la largeur de la découpe à l'épaisseur des tubes de chaque échangeur.
De préférence, chaque découpe de réception d'un tube comporte une échancrure d'isolation thermique située entre les tubes des échangeurs. Cette échancrure est destinée à éviter, dans toute la mesure du possible, l'établissement d'un pont thermique entre la partie des ailettes correspondant à un échangeur et la partie des ailettes correspondant à l'échangeur adjacent.
De préférence, les ailettes et/ou les tubes sont recouverts d'un placage de brasure.
De préférence encore, les petits côtés des ailettes sont rabattus et solidarisés au faisceau par brasage.
L'invention concerne, en outre, un procédé de fabrication d'un module d'échange de chaleur comportant au moins deux échangeurs de chaleur, chaque échangeur étant constitué d'un faisceau interposé entre deux boítes collectrices, le faisceau étant formé de tubes de circulation de fluide raccordés aux boítes collectrices, et qui traverse des ailettes de refroidissement communes aux échangeurs du module, les ailettes présentant la forme d'un rectangle allongé ayant deux côtés allongés et deux petits côtés.
Selon l'invention, le procédé comporte les étapes consistant à :
  • réaliser des découpes de réception des tubes sur l'un au moins des côtés allongés des ailettes,
  • insérer les tubes d'au moins un échangeur de chaleur dans les découpes réalisées sur l'un au moins des côtés allongés des ailettes,
  • braser les tubes et les ailettes.
Dans le cas où l'un au moins des échangeurs est constitué d'une plaque à tubes et d'un couvercle métalliques, le couvercle, la plaque à tubes et le faisceau sont assemblés par brasage en une seule opération. Si toutes les plaques à tubes et tous les couvercles sont métalliques, par exemple en aluminium, le module est assemblé en une seule opération par brasage et toutes les opérations d'assemblage mécanique sont supprimées.
Lorsque l'un au moins des échangeurs est constitué d'une plaque à tubes métalliques, le couvercle de la boíte collectrice n'étant pas métallique, par exemple en matière plastique, la plaque à tubes et le faisceau peuvent être assemblés par brasage en une seule opération. La boíte collectrice est ensuite assemblée mécaniquement dans une opération postérieure.
Selon une variante de réalisation, le procédé de l'invention comporte les étapes consistant à :
  • braser, en une seule opération, les boítes collectrices et les tubes de circulation de fluide de deux échangeurs de chaleur au moins,
  • réaliser des découpes de réception des tubes sur au moins un des côtés allongés des ailettes,
  • insérer les tubes des deux échangeurs de chaleur assemblés par brasage dans les découpes réalisées sur l'un des côtés allongés des ailettes.
Dans ce mode de réalisation, les tubes sont insérés de force dans les découpes de réception des tubes d'un bloc d'ailettes, et la liaison entre les tubes de circulation de fluide et les ailettes est de type mécanique.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaítront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures :
  • la figure 1 est une vue partielle en perspective d'un module d'échange de chaleur comportant un radiateur de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile et un condenseur de climatisation ;
  • la figure 2 représente le détail II de la figure 1, à échelle agrandie ;
  • la figure 3 est une vue en plan d'une ailette du module d'échange de chaleur représenté sur la figure 1 ;
  • la figure 4 est une vue partielle en coupe transversale d'une variante d'un module d'échange de chaleur conforme à l'invention comportant une plaque à tubes brasée ;
  • la figure 5 est une vue partielle en perspective d'un pavé d'ailette pour un module d'échange de chaleur conforme à un second mode de réalisation de l'invention ;
  • les figures 6 et 7 sont des vues partielles en perspective qui illustrent un procédé de fabrication du second mode de réalisation du module d'échange de chaleur conforme à l'invention ; et
  • la figure 8 est une vue partielle en perspective d'un pavé d'ailette destiné à une variante du second mode de réalisation du module d'échange de chaleur de l'invention.
Le module d'échange de chaleur représenté sur la figure 1 est composé d'un radiateur 1 de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile et d'un condenseur 2 de climatisation, ces deux échangeurs étant généralement plans.
Le radiateur 1 est constitué de façon connue d'un faisceau de tubes verticaux de circulation de fluide 5 montés entre deux boítes collectrices 6 (une seule boíte a été représentée), les boítes collectrices 6 étant disposées le long de deux côtés parallèles du faisceau de tubes et munies de tubulures 8 d'entrée et de sortie du fluide de refroidissement.
Le condenseur 2 est également constitué d'un faisceau de tubes verticaux de circulation de fluide 10 monté entre deux boítes collectrices 12 (une seule boíte a été représentée), les boítes collectrices étant disposées le long de deux côtés parallèles du faisceau et munies de tubulures d'entrée et de sortie du fluide réfrigérant (non représentées).
Des ailettes 14 communes aux échangeurs 1 et 2 sont montées de façon conventionnelle sur les tubes 5 de l'échangeur 1 et les tubes 10 de l'échangeur 2. On a représenté l'une de ces ailettes sur la figure 3. Elle présente, vue en plan, la forme d'un rectangle allongé (voir figure 3) comportant un premier et un second côtés allongés 16, 18 et deux petits côtés 20. Sur le côté allongé 16, on trouve des découpes 22 de réception des tubes 5 de l'échangeur 1 et sur le côté allongé 18 des découpes 24 de réception des tubes 10 de l'échangeur 2. Comme on peut le voir sur la figure 3, les découpes 22 et 24 présentent une forme correspondant à celle des tubes. Leur largeur est conçue de telle manière que les tubes puissent y être introduits en glissant juste. Le pas des découpes 22 et 24 est égal à celui des tubes 5 et 10.
On remarque en outre que l'ailette 14 est séparée en deux zones d'échange de chaleur par deux séries de perforation allongées 26 destinées à éviter dans toute la mesure du possible l'établissement d'un pont thermique entre la partie des ailettes 14 correspondant à l'échangeur 1 et la partie des ailettes 14 correspondant à l'échangeur 2.
La boíte collectrice 6 de l'échangeur 1 (figure 1) comprend une première partie 28 et une seconde partie 30, chacune formée à partir d'une feuille métallique, avantageusement en aluminium, qui est conformée par des opérations classiques de découpage et d'emboutissage.
La première partie 28 comporte un fond 32 qui est généralement plat et de forme rectangulaire allongée. Ce fond 32 est destiné à constituer la plaque collectrice, encore appelée "plaque à trous", de la boíte collectrice 6. Ce fond comporte à cet effet une pluralité de trous espacés 34 de forme allongée destinés à recevoir les tubes 5 de l'échangeur 1 (figure 2). La partie 30 comprend en outre deux flancs latéraux 36 repliés en vis-à-vis qui sont généralement plans et parallèles entre eux. Ces flancs 36 se raccordent sensiblement perpendiculairement au fond 32 par deux lignes de pliage qui sont parallèles entre elles. La tubulure 8 est aménagée dans l'un des flancs latéraux 36.
La seconde partie 30 est obtenue à partir d'un feuillard métallique de largeur donnée qui possède des génératrices parallèles. Ce feuillard peut venir s'emboíter entre les flancs latéraux 36 de la première partie 28 pour former un ensemble prêt à être brasé en même temps que la tubulure 8.
La boíte collectrice 12 de l'échangeur 2 présente la forme générale d'un cylindre allongé muni de perforations (non visibles sur la figure 1) destinées à recevoir les tubes 10 de l'échangeur.
L'échangeur est assemblé de la façon suivante. On assemble à part les boítes collectrices de chacun des deux échangeurs et les tubes respectifs de chacun de ces échangeurs.
D'autre part, les ailettes sont superposées les unes aux autres de telle manière que les découpes 22 et 24 de réception des tubes 5 et 10 soient dans le prolongement l'une de l'autre. On vient glisser les tubes 5 de l'échangeur 1 du côté allongé 16 des ailettes 14 et les tubes 10 de l'échangeur 2 du côté allongé 18 des ailettes 14. Toutes les pièces de l'échangeur ayant été ainsi assemblées, le module d'échange de chaleur peut être brasé en une seule opération dans un four de brasage, de manière conventionnelle. A cet effet, les tubes et/ou les ailettes comportent avantageusement un placage de brasure. Comme on peut le voir sur la figure 2, les petits côtés 20 des ailettes 14 sont rabattus et solidarisés au faisceau par brasage.
On a représenté sur la figure 4 une vue en coupe transversale d'une variante de réalisation de l'échangeur 1 faisant partie d'un module d'échange de chaleur identique à celui qui a été décrit en référence aux figures 1 à 3.
Dans cette variante, l'échangeur comporte une boíte collectrice 40 qui n'est pas métallique. Elle ne peut donc être assemblée par brasage en une seule opération au reste du module d'échange de chaleur. Toutefois, la plaque collectrice 42 qui est métallique peut être assemblée par brasage aux tubes 5 de l'échangeur 1. Comme on peut le voir sur la figure 4, la plaque à tubes 42 comporte une gorge 44 dans laquelle est inséré un joint d'étanchéité 46. Une étanchéité est réalisée de manière conventionnelle en appliquant le pied 48 du couvercle 40 sur le joint d'étanchéité 46 et en sertissant le couvercle 40 sur la plaque à tubes 42 au moyen de pattes rabattues 50 faisant partie de la plaque à tubes. En revanche, il n'est pas nécessaire de prévoir un joint d'étanchéité entre la plaque à tubes 42 et les tubes 5 étant donné que cette étanchéité est obtenue directement par brasage de la plaque à tubes 42 en même temps que le reste de l'échangeur.
Cette réalisation représente donc une simplification par rapport à un assemblage entièrement mécanique de la plaque à tubes qui nécessite, outre la présence d'un joint d'étanchéité entre la plaque et chacun des tubes, d'évaser l'extrémité des tubes 5 de l'échangeur pour retenir la plaque à tubes 42.
On a représenté sur la figure 5 une vue partielle en perspective d'un pavé d'ailettes pour un module d'échange de chaleur conforme à un second mode de réalisation de l'invention. De la même manière que les ailettes du mode de réalisation décrit en référence aux figures 1 à 4, chaque ailette 14 comporte deux côtés allongés 16, 18 et deux petits côtés 20. Sur la Figure 5, les côtés allongés 16 et 18 ne paraissent pas plus longs que les petits côtés 20 parce que la représentation de l'ailette est partielle dans un souci de simplification. Dans la réalité, l'ailette présente la forme d'un rectangle très allongé.
Les ailettes 14 comportent sur l'un des côtés allongés, le côté 16 dans l'exemple, des découpes 22 destinées à la réception des tubes de circulation de fluide de deux échangeurs faisant partie d'un module d'échange de chaleur. Dans cette réalisation, les découpes 22 sont suffisamment allongées pour recevoir simultanément les tubes des deux échangeurs. La largeur de la découpe 22 pourrait être constante. Toutefois, dans l'exemple représenté, la découpe 22 est constituée d'une section 52 de plus grande largeur et d'une section 54 de plus petite largeur. La section 54 est située du côté du fond 60 de la découpe 22, tandis que la section 52 est située du côté de l'entrée 62 de cette dernière. De la sorte, la découpe présente un profil en gradin qui va en s'élargissant du fond 60 vers l'entrée 62 de la découpe.
Les deux sections 52 et 54 sont séparées l'une de l'autre par une échancrure d'isolation thermique 56 destinée à limiter la transmission de chaleur entre la section 52 et la section 54. On notera ainsi que, contrairement au mode de réalisation des figures 1 à 4, les ailettes représentées sur la figure 5 ne comportent de découpe de réception des tubes que sur un seul des côtés allongés, et non sur les deux. On notera enfin la présence de crevés 58 comportant des pattes rabattues permettant de maintenir un espacement constant entre toutes les ailettes 14 du faisceau d'échange du module d'échange de chaleur.
On a représenté sur la figure 6 une vue partielle en perspective d'un module d'échange de chaleur conforme au second mode de réalisation de l'invention préalablement à son assemblage et, sur la figure 7, ce même module d'échange de chaleur en position assemblée. Sur la figure 6, le module d'échange de chaleur est constitué de deux sous-ensembles. Le premier sous-ensemble est constitué de deux échangeurs, à savoir un radiateur 1 de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile et un condensateur 2 de climatisation, ces deux échangeurs étant généralement plans.
Le radiateur 1 est constitué de façon connue d'un faisceau de tubes verticaux de circulation de fluide 5 montés entre deux boítes collectrices 6 (une seule boíte a été représentée), les boítes collectrices 6 étant disposées le long de deux côtés parallèles du faisceau de tubes et munies de tubulures 8 d'entrée et de sortie dû fluide de refroidissement.
La boíte collectrice 6 de l'échangeur 1 comprend une première partie 28 et une seconde partie 30, chacune formée à partir d'une feuille métallique, avantageusement en aluminium. La première partie 28 comporte un fond 32 qui est généralement plat et de forme rectangulaire allongée, destiné à constituer la plaque collectrice qui reçoit les tubes 5.
Le condenseur 2 est également constitué d'un faisceau de tubes verticaux de circulation de fluide 10 montés entre deux boítes collectrices 12 (une seule boíte a été représentée), les boítes collectrices étant disposées le long de deux côtés parallèles du faisceau et munies de tubulures d'entrée et de sortie 9 du fluide réfrigérant.
Le second sous-ensemble qui constitue le module d'échange de chaleur est constitué par un empilement d'ailettes 14, toutes identiques les unes aux autres. Ces ailettes ont été décrites en référence à la figure 5.
Sur la figure 7, on a représenté les deux sous-ensembles assemblés pour constituer le module d'échange de chaleur. On remarque sur la figure 6 que les tubes 10 du faisceau du condenseur sont moins épais et moins longs que les tubes 5 du faisceau d'échange de chaleur du radiateur 1. C'est la raison pour laquelle la section 54 de la zone de réception de tubes 22, située du côté du fond 60 de cette découpe, est plus étroite et moins longue que la section 52 située du côté de l'entrée 62 de cette découpe. Ainsi, la découpe 22 présente un profil en gradins s'élargissant du fond 60 de la découpe vers son entrée 62. Ce profil en gradins permet d'adapter exactement la forme de là découpe à la géométrie des tubes 5 et 10 des deux échangeurs du module d'échange de chaleur.
Il existe deux variantes du procédé de fabrication du module d'échange de chaleur représenté sur les figures 6 et 7. Dans une première variante, le premier sous-ensemble, c'est-à-dire les échangeurs 1 et 2 constitués de leur boíte collectrice et du faisceau de tubes de chacun d'eux, est assemblé séparément par brasage, sans les ailettes 14. Puis les tubes 10 et 5 sont introduits dans les découpes 22 du bloc d'ailettes 14. La largeur des sections 52 et 54 est conçue de telle manière que les tubes soient insérés en force dans les découpes 22. La liaison entre les tubes 5 et 10 du module d'échange de chaleur et les ailettes 14 est ainsi de type mécanique.
Bien entendu, ce mode de réalisation est susceptible de diverses variantes. Il est, par exemple, possible de braser seulement la plaque à tubes 32 aux tubes du faisceau et d'assembler mécaniquement la boíte collectrice 6 mécaniquement.
Dans un second mode de réalisation du procédé, les deux échangeurs 1 et 2 sont assemblés avec le bloc d'ailettes 14 et l'ensemble est brasé en une seule opération dans un four. Dans ce mode de réalisation, la liaison thermique entre les tubes 5 et 10 des échangeurs et les ailettes 14 est de type brasé.
Le principal avantage d'une liaison de type mécanique est le fait qu'il permet l'emploi de tubes pliés à canaux. En effet, pour des raisons de tenue mécanique, l'emploi de tubes plats sans canaux est prohibé dans ce type de réalisation. Le contrôle des fuites sur les échangeurs peut être ainsi réalisé avant montage sur les ailettes 14. Les résidus de fluxage nécessaires au brasage seront ainsi limités aux tubes et aux boítes collectrices. Il est également plus simple de supprimer le pont thermique entre les deux échangeurs puisque la partie critique se trouve entre les deux rangs de tubes et que, du fait de l'espace laissé libre entre ces deux rangées de tubes dans la découpe 22 de réception des tubes, il n'existe pas de matière conductrice entre les deux échangeurs, exception faite de la surface d'échange constituée par les persiennes 57.
Par ailleurs, l'emploi d'ailettes planes telles que les ailettes 14 permet la suppression des joues de l'échangeur qui sont nécessaires dans un échangeur comportent des intercalaires ondulés.
On a représenté sur la figure 8 une variante de réalisation des ailettes 14. Dans cette réalisation, les ailettes 14 comportent une découpe de réception de tubes 22 sur le côté allongé 16 et une découpe de réception de tubes 24 sur le côté allongé 18. Les découpes 22 sont semblables aux découpes décrites sur les figures 5 à 7. En d'autres termes, leur longueur est prévue de telle manière qu'elles soient capables de recevoir les tubes de deux échangeurs, par exemple un radiateur de refroidissement et un condenseur de climatisation. Elles présentent un profil en gradins qui va en s'élargissant du fond 60 vers l'entrée 62 des découpes. Les sections 52 et 54, adaptées à la réception des tubes de chacun des deux échangeurs, sont séparées par une échancrure 56 d'isolation thermique.
La découpe de réception de tubes 24 prévue sur les côtés allongés 18 des ailettes 14 est similaire à la découpe 24 représentée sur les figures 1 à 4. En d'autres termes, elle est prévue pour accueillir les tubes d'un seul échangeur de chaleur. Ainsi, au total, les ailettes 14 représentées sur la figure 8 permettent de recevoir les tubes de trois échangeurs. Le module d'échange de chaleur peut ainsi être constitué de trois échangeurs.
D'autres variantes de réalisation sont possibles. Les découpes de réception de tubes peuvent être prévues pour recevoir plus de deux tubes, par exemple trois ou plus. On peut prévoir, sur chacun des côtés 16 et 18, des découpes 22 et 24 permettant chacune de recevoir plusieurs tubes, par exemple deux ou plus. Par exemple, un module d'échange de chaleur pourrait comporter quatre échangeurs, les tubes de deux de ces échangeurs étant introduits dans les découpes 22, tandis que les tubes des deux autres échangeurs sont introduits dans les découpes 24.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemples et s'étend à d'autres variantes.

Claims (12)

  1. Module d'échange de chaleur, comprenant au moins deux échangeurs de chaleur (1, 2), chaque échangeur étant constitué d'un faisceau interposé entre deux boítes collectrices (6, 12), le faisceau étant formé de tubes de circulation de fluide (5, 10) raccordés aux boítes collectrices (6, 12) et qui traversent des ailettes de refroidissement (14) communes à au moins deux échangeurs (1, 2) du module, caractérisé en ce que les tubes (5, 10) et les ailettes (14) sont solidarisées par brasage, et en ce que les ailettes (14) de ces échangeurs présentent la forme d'un rectangle allongé ayant deux côtés allongés (16, 18) et deux petits côtés (20), les ailettes comportant sur l'un au moins des côtés allongés des découpes de réception des tubes (22, 24) dans lesquelles les tubes (5, 10) de circulation de fluide de l'un au moins des échangeurs (1, 2) sont introduits.
  2. Module d'échange de chaleur selon la revendication 1, dans lequel l'un au moins des échangeurs est constitué d'une plaque à tubes (32) et d'un couvercle métallique (30), caractérisé en ce que le couvercle (30), la plaque à tubes (32), les tubes (5, 10) et les ailettes (14) sont assemblés par brasage en une seule opération.
  3. Module selon la revendication 1, dans lequel l'un au moins des échangeurs est constitué d'une plaque à tubes métallique (42), caractérisé en ce que la plaque à tubes (42), les tubes (5) et les ailettes (14) sont assemblées par brasage en une seule opération.
  4. Module selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des découpes de réception des tubes (22, 24) sur chacun des côtés allongés (16, 18) et en ce que les tubes d'un échangeur au moins sont introduits dans les découpes de réception (22, 24) de chacun des côtés allongés (16, 18).
  5. Module selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les découpes de réception des tubes (22, 24) présentent un profil en gradins s'élargissant du fond (60) de la découpe (22, 24) vers l'entrée (62) de la découpe.
  6. Module selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque découpe (22, 24) de réception d'un tube comporte une échancrure (56) d'isolation thermique située entre les tubes (5, 10) des échangeurs (1, 2).
  7. Module selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les ailettes (14) et/ou les tubes (5, 10) sont recouverts d'un placage de brasure.
  8. Module selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les petits côtés (20) des ailettes (14) sont rabattus et solidarisés au faisceau par brasage.
  9. Procédé de fabrication d'un module d'échange de chaleur comportant au moins deux échangeurs de chaleur (1, 2), chaque échangeur étant constitué d'un faisceau interposé entre deux boítes collectrices (6, 12), le faisceau étant formé de tubes de circulation de fluide (5, 10) raccordés aux boítes collectrices (6, 12) et qui traversent des ailettes de refroidissement (14) communes aux échangeurs (1, 2), les ailettes présentant la forme d'un rectangle allongé ayant deux côtés allongés (16, 18) et deux petits côtés (20), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
    réaliser des découpes de réception (22, 24) des tubes sur l'un au moins des côtés allongés (16, 18) des ailettes (14),
    insérer les tubes (5, 10) d'au moins un échangeur de chaleur dans les découpes (22, 24) réalisées sur au moins un des côtés allongés (16, 18) des ailettes (14),
    braser les tubes (5, 10) et les ailettes (14) en une seule opération.
  10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'un au moins des échangeurs est constitué d'une plaque à tubes et d'un couvercle métallique, et en ce que le couvercle, la plaque à tubes (32), les tubes (5, 10) et les ailettes (14) sont assemblés par brasage en une seule opération.
  11. Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'un au moins des échangeurs (1, 2) est constitué d'une plaque à tubes métallique (42) et en ce que la plaque à tubes (42), les tubes (5, 10) et les ailettes (14) sont assemblés par brasage en une seule opération.
  12. Procédé de fabrication d'un module d'échange de chaleur comportant au moins deux échangeurs de chaleur (1, 2), chaque échangeur étant constitué d'un faisceau interposé entre deux boítes collectrices (6, 12), le faisceau étant formé de tubes de circulation de fluide (5, 10) raccordés aux boítes collectrices (6, 12) et qui traversent des ailettes de refroidissement (14) communes aux échangeurs (1, 2), les ailettes présentant la forme d'un rectangle allongé ayant deux côtés allongés (16, 18) et deux petits côtés (20), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à :
    braser, en une seule opération, les boítes collectrices (6, 12) et les tubes de circulation de fluide (5, 10) de deux échangeurs (1, 2) au moins,
    réaliser des découpes de réception (22, 24) des tubes sur au moins l'un des côtés allongés (16, 18) des ailettes (14),
    insérer les tubes (5, 10) des deux échangeurs de chaleur assemblés par brasage dans les découpes (22) réalisées sur l'un des côtés allongés (16, 18) des ailettes (14).
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