EP1579162A1 - Procede de fabrication d'un module d'echange de chaleur - Google Patents

Procede de fabrication d'un module d'echange de chaleur

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EP1579162A1
EP1579162A1 EP03815413A EP03815413A EP1579162A1 EP 1579162 A1 EP1579162 A1 EP 1579162A1 EP 03815413 A EP03815413 A EP 03815413A EP 03815413 A EP03815413 A EP 03815413A EP 1579162 A1 EP1579162 A1 EP 1579162A1
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EP
European Patent Office
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heat exchange
tubes
exchangers
exchange zone
zone
Prior art date
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Granted
Application number
EP03815413A
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German (de)
English (en)
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EP1579162B1 (fr
Inventor
Christian Riondet
Florent Travers
Jens Petter Arnesen
Jean Marc Lesueur
Alain Bauherehim
Alexandre Sanchis
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Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Thermique Moteur SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Thermique Moteur SA filed Critical Valeo Thermique Moteur SA
Publication of EP1579162A1 publication Critical patent/EP1579162A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1579162B1 publication Critical patent/EP1579162B1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/0408—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids
    • F28D1/0426—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids with units having particular arrangement relative to the large body of fluid, e.g. with interleaved units or with adjacent heat exchange units in common air flow or with units extending at an angle to each other or with units arranged around a central element
    • F28D1/0435—Combination of units extending one behind the other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/02—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B21D53/08—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of both metal tubes and sheet metal
    • B21D53/085—Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of both metal tubes and sheet metal with fins places on zig-zag tubes or parallel tubes
    • 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
    • F28F1/126—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 consisting of zig-zag shaped fins
    • F28F1/128—Fins with openings, e.g. louvered fins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4935—Heat exchanger or boiler making

Definitions

  • the invention relates to a heat exchange fin, in particular for cooling, a heat exchange module comprising such a fin and a method of manufacturing such a module. It will find its applications in particular in the field of motor vehicles.
  • a heat exchange fin in particular for cooling, consisting of a strip comprising a first heat exchange zone, intended to cooperate with tubes of a first heat exchanger, and a second zone d heat exchange, intended to cooperate with tubes of a second heat exchanger.
  • heat exchange modules also called multi-exchangers, comprising at least a first and a second exchanger having at least one common component, each exchanger comprising fluid circulation tubes, generally planar and regularly spaced, with which each of the heat exchange zones of the fins cooperates.
  • thermo bridges between the exchangers it is necessary to avoid thermal bridges between the exchangers. This need is all the greater as the two exchangers operate at different temperatures.
  • An example that may be mentioned is the heat exchange modules of motor vehicles which include a radiator for cooling the engine and a condenser forming part of the air conditioning circuit.
  • thermal bridges can be reduced by various means, such as making localized slits, removing material or locally reducing the thickness of the fins. These various means, if they reduce heat exchange, do not however provide perfect thermal insulation as would be the case in the absence of any 4/065872
  • the invention specifically relates to a heat exchange fin which overcomes these drawbacks by eliminating the thermal bridge between the different exchangers of a module of heat exchangers.
  • the strip constituting said fin comprises a weakening zone, capable of allowing its separation, into a first element comprising said first heat exchange zone and a second element comprising said second heat exchange zone.
  • the strip of the fin according to the invention has a wavy shape and the said weakening zone consists of a rectilinear slot, for example obtained by shearing, interrupted at certain of the faces corrugations by at least one residual connection, provided between said first and said second heat exchange zone.
  • the faces of the corrugations have a height H and said residual connection, provided at mid-height, 04/065872
  • H / 5 has a height h between H / 5 and H / 30, in particular approximately 0.5 mm.
  • the fins are flat. They then have perforations into which the tubes are introduced.
  • the invention also relates to a heat exchange module comprising at least first and second heat exchangers, each exchanger comprising generally flat, regularly spaced, fluid circulation tubes having a width, characterized in that it comprises fins as described above, said first and second elements of said fins, provided separated from each other, being respectively associated with the tubes of the first and second exchanger.
  • Said strip has a width, for example, substantially equal to the sum of the widths of the tubes of the first and second exchangers while said first and said second heat exchange zones of said strip have a width corresponding respectively to the width of the tubes of the first and the second exchanger.
  • it may be a heat exchange module without a common component.
  • the exchangers will then be subject to each other by added elements.
  • said module may be a multi-exchanger. More specifically, said module may further comprise at least one cheek assembled by brazing to the first heat exchange zone and to the second heat exchange zone. 04/065872
  • the tubes of the exchangers of said multi-exchanger are offset from one another in a direction orthogonal to said tubes and said cheeks have an offset of equivalent level between the first and the second exchanger.
  • said cheeks comprise two parts linked together by deformable links and assembled by brazing respectively to the first and to the second heat exchange zones.
  • one of the parts of the cheek joined to one of the heat exchange zones may comprise at least one protrusion secured by brazing to the other heat exchange zone.
  • cheeks find their utility in any type of module without it necessarily being modules provided with fins according to the invention. These cheeks indeed have, by their structure, capacities for limiting heat transfers from one exchanger to another.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a heat exchange module comprising at least two heat exchangers, each exchanger comprising generally flat and regularly spaced fluid circulation tubes, having a width, and cooling elements. associated with these tubes, characterized in that:
  • a weakening of the sheet metal strips is carried out in order to limit a first heat exchange zone intended to be associated with the tubes of the first exchanger and a 'second heat exchange zone intended to be 04/065872
  • said sheet metal strip constitutes, for example, a fin as defined above.
  • the operation of breaking the residual connections is carried out before brazing, during the operation of association of the sheet metal strips with the tubes.
  • the sheet metal strips are conformed so as to give them a corrugated shape, the association of sheet metal strips with the tubes of the exchanger being effected by the introduction of corrugated sheet strips between the tubes.
  • the corrugated inserts of all the exchangers of the heat exchange module are produced in a single operation, which allows an increase in the manufacturing speed without simultaneous increase in the forming speed.
  • the geometrical characteristics of the spacers can be maintained within low manufacturing tolerances, which facilitates their introduction between the tubes without problem of matching.
  • said residual bond is produced during the shaping of the sheet metal strips in corrugated form, this by producing a discontinuous slot in the sheet metal strips, by 04/065872
  • the weakening of the sheet metal strips may be carried out by removing material or by making longitudinal slots, before shaping.
  • the residual connections are broken by displacement of the exchangers relative to one another, in particular according to a shearing movement.
  • modules of the multi-exchanger type with common cheeks in the case of non-deformable flat cheeks, they may be assembled in the first and second heat zones, after separation of the latter.
  • one of the cheeks may be positioned in abutment against the heat exchange zone of one exchangers and the other pressing against the heat exchange zone of the other exchanger, during the association of the tubes and sheet metal strips. We will then act on said cheeks in two opposite directions, thereby obtaining the desired offset for the tubes and the rupture of the residual connection between the heat exchange zones.
  • Figure 1 is a partial perspective view of a fin according to the invention
  • Figure 2 illustrates a detail of the area marked II in the figure
  • Figure 3 is a perspective view of a module according to the invention
  • Figure 4 illustrates in perspective an alternative embodiment of an element of a module according to the invention
  • Figure 5 illustrates in perspective a step in a process, according to the invention, for manufacturing a heat exchanger module
  • Figure 6 details in a cross-sectional plane the relative position of the various components illustrated in Figure 5, in a first state
  • Figure 7 details along a cross-sectional plane the relative position of the various components illustrated in Figure 5, in a second state.
  • FIG. 1 and 2 there is shown a heat exchange fin, in particular cooling, according to the invention.
  • Said fin consists of a strip 30 comprising a first heat exchange zone 18, intended to cooperate with tubes of a first heat exchanger, and a second heat exchange zone 20, intended to cooperate with tubes of a second heat exchanger.
  • Such fins make it possible to ensure a heat exchange between the air and a fluid circulating in the tubes. They are, for example, made of aluminum.
  • Each heat exchange zone 18, 20 may be provided with means making it possible to disturb the flow of air, also called louvers 60, 62, known to those skilled in the art. 004/065872
  • the configuration of said louvers is adapted to the type of exchanger equipped. They may, for example, be oriented head to tail on either side of an axis of symmetry, this in each heat exchange zone 18, 20.
  • the first heat exchange zone 18 it is provided on either side of a first axis of symmetry of the louvers of opposite orientation.
  • the second heat exchange zone 20 on either side of a second axis of symmetry.
  • the number of louvers in the first heat exchange zone and in the second heat exchange zone may be different.
  • said strip comprises a weakening zone 22, capable of allowing its separation into a first element comprising said first heat exchange zone 18 and a second element comprising said second heat exchange zone 20.
  • the widths of the zones 18 and 20 are not necessarily equal.
  • the width of each of these zones corresponds to the width of the fluid circulation tubes of each of the exchangers with which the fin is intended to cooperate. If the tubes of the first exchanger are wider than the tubes of the second exchanger, the heat exchange zone 18 intended to establish a heat exchange with the tubes of the first exchanger may be wider than the heat exchange zone 20 intended to establish a heat exchange with the tubes of the second exchanger.
  • the weakening zone 22 of the fin can thus be offset relative to the axis of symmetry thereof.
  • said strip 30 has a wavy shape and said weakening zone 22 consists of a rectilinear slot interrupted at 04/065872
  • the ratio of the number of faces with residual link to the number of faces without residual link may vary from 1/7 to 1/20. It could be, in particular, 1/10.
  • the two heat exchange zones 18 and 20 are thus separated from each other by openings 26 interrupted at regular intervals by sheet metal tongues 34, in particular perpendicular to the longitudinal axis of the sheet metal strip 30.
  • a weakening of the sheet metal strip is thus produced, this weakening leaving residual connections formed by the tongues between the first heat exchange zone 18 and the second heat exchange zone 20.
  • Said openings have, for example, a width of less than 0.5 mm, or even 0.3 mm, or even 0.1 mm, or even a width which is zero or not measurable, said weakening resulting from a simple cutting without removing material.
  • the faces of the corrugations have, in particular, a height H and said residual bond, has a height h comprised, for example, between H / 5 and H / .30, in particular equal to H / 12. It can be provided at mid-height or on the shelves.
  • the heat exchange module shown in Figure 3 consists of a radiator 1 for cooling a motor vehicle engine and an air conditioning condenser 2, these two exchangers being generally planar.
  • the radiator 1 consists in a known manner of a bundle of fluid circulation tubes 5 mounted between two manifolds 6 (only one box has been shown), the two manifolds 6 being arranged along two sides 04/065872
  • the condenser 2 also consists of a bundle of fluid circulation tubes 10 mounted between two manifolds 12 (only one box has been shown), the manifolds being arranged along two parallel sides of the bundle and provided with tubing d 'inlet and outlet of the refrigerant (not shown).
  • the tubes of each of the exchangers are, for example, made of aluminum.
  • said module also comprises fins as described above, said first and second elements 64, 66 of said fins, provided separated from one another, being respectively associated with tubes 5, 10 of the first and of the second exchanger.
  • the fins of the heat exchange module consist of interleaves of corrugated sheets placed between the tubes 5 and the tubes 10.
  • the manifold 6 of the exchanger 1 is formed from metal sheets, advantageously aluminum, shaped by conventional cutting and stamping operations. They have a bottom 80 which is generally flat and of elongated rectangular shape. This bottom is intended to constitute the manifold plate, also called a “hole plate”, of the manifold box 6. It has for this purpose a plurality of spaced apart holes 82 of elongated shape intended to receive the tubes 5 of the exchanger 1.
  • the manifold 6 further comprises lateral flanks 36 which are folded opposite which are 04/065872
  • the sides 36 are connected substantially perpendicular to the bottom by two fold lines which are parallel to each other.
  • the tubing 8 is arranged in one of the lateral flanks 36.
  • the manifold 6 is closed by a metal strip of given width which has parallel generators. This strip can come to fit between the lateral flanks 36 of the manifold 6 to form an assembly ready to be brazed at the same time as the tubing 8.
  • the manifold 12 of the exchanger 2 has the general shape of an elongated cylinder provided with perforations intended to receive the tubes 10 of the exchanger.
  • said heat exchange module according to the invention further comprises at least one cheek 40 assembled by brazing to the first heat exchange zone 18 and to the second heat exchange zone 20.
  • Said cheek is constituted, for example, by a metal plate 37 of generally rectangular shape.
  • the tubes 5, 10 of the exchangers are offset from one another in a direction orthogonal to the said tubes and the cheeks 40 have an offset 39 of equivalent level between the first and the second exchanger 1,2.
  • the module comprises lateral cheeks 46 which are deformable.
  • said cheeks comprise two parts 48.50 connected together by deformable links 52 and assembled by brazing respectively to the first 18 and to the second 20 heat exchange zones. 04/065872
  • the cheek 46 comprises two adjacent elongated parts, namely a part 48 and a part 50 connected together by the deformable links 52.
  • the part 48 is suitable for being assembled with the first heat exchange zone 18, c that is to say at the spacers of the exchanger 1
  • the part 50 is suitable for being assembled with the second heat exchange zone 20, that is to say at the spacers of the exchanger 2.
  • One of the parts 50 of the cheek assembled with one of the heat exchange zones 20 comprises at least one protuberance 68 secured by brazing to the other heat exchange zone 18.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a heat exchange module comprising at least two heat exchangers 1,2, each exchanger comprising fluid circulation tubes 5, 10 generally flat and regularly spaced, having a width , and cooling elements 64, 66 associated with these tubes 5, 10.
  • a weakening 22 of the sheet metal strips 30 is carried out in order to limit a first heat exchange zone 18 intended to be associated with.
  • the heat exchangers 1, 2 are assembled by brazing.
  • said sheet metal strip constitutes, for example, a fin as defined above.
  • the sheet metal strips 30 are conformed so as to give them a corrugated shape, the association of the sheet metal strips 30 with the tubes of the heat exchangers being effected by introduction of the sheet metal strips between the tubes 5, 10.
  • FIG 5 there is shown schematically the operation of association of the fins to the tubes. As illustrated, the operation of breaking the residual connections 34 of said fins can be carried out during this step.
  • the heat exchange zone 18 and the heat exchange zone 20- are still interconnected by the sheet metal tabs 34.
  • the residual connections 34 can be broken by displacement of the exchangers 1,2 relative to one another. More specifically, the separation of the heat exchange zones 18 and 20 can be achieved by a shearing movement by exerting on the first exchanger a force in a first direction FI and on the second exchanger a force in a second direction F2, parallel and opposed to the FI direction.
  • Such an operation may be carried out by a tool comprising a pair of jaws 41 and 42 suitable for enclosing the heat exchange zone 18 (tubes 5 and heat exchange elements 64) of the heat exchanger 1, and another pair 04/065872
  • Said residual connection 34 is produced, for example, by producing a discontinuous slot in the sheet metal strips 30 when they are shaped in corrugated form.
  • One of the cheeks can then be positioned in abutment against the heat exchange zone 18 of one of the exchangers 1 and the other cheek 40 in abutment against the heat exchange zone 20 of the other exchanger 2 , during the association of tubes 5, 10 and sheet metal strips 30, as more particularly illustrated in FIG. 6.
  • it may be a deformable cheek such as that described in FIG. 5.
  • the deformable links 52 could have been previously obtained through cuts 54 made in the thickness of the metal sheet.
  • the two parts 48 and 50 of the cheek are then assembled in abutment against the fins 30 before rupture of the residual connection zones of the heat exchange zones 18,20.
  • the cheek 46 is associated at the same time as the rest of the exchanger (tubes and fins) and absorbs, thanks to its deformable connections 52, the shearing movement produced by the separation of the two zones of heat exchange.
  • the invention is not limited to the embodiments described above by way of example and extends to other variants.
  • plastic manifolds each associated with a metallic manifold.
  • heat comprising two heat exchangers 1 and 2 (for example a cooling radiator and a condenser) intended to be traversed by different fluids.
  • the invention finds a particular application in the production of heat exchange modules for motor vehicles.

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Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN MODULE D'ECHANGE DE CHALEUR
L'invention concerne une ailette d'échange de chaleur, notamment de refroidissement, un module d'échange de chaleur comprenant une telle ailette et un procédé de fabrication d'un tel module. Elle trouvera ses applications en particulier dans le domaine des véhicules automobiles.
Elle concerne plus particulièrement une ailette d'échange de chaleur, notamment de refroidissement, constituée d'une bande comprenant une première zone d'échange de chaleur, destinée à coopérer avec des tubes d'un premier échangeur de chaleur, et une seconde zone d'échange de chaleur, destinée à coopérer avec des tubes d'un second échangeur de chaleur.
Il est connu d'utiliser de telles ailettes dans des modules d'échange de chaleur, aussi appelés multi-échangeurs, comprenant au moins un premier et un second échangeurs présentant au moins un composant commun, chaque échangeur comprenant des tubes de circulation de fluide, généralement plans et régulièrement espacés, avec lesquels coopère chacune des zones d'échange de chaleur des ailettes.
Dans de tels modules, il est nécessaire d'éviter les ponts thermiques entre les échangeurs. Cette nécessité est d'autant plus grande que les deux échangeurs fonctionnent à des températures différentes. On peut citer comme exemple les modules d'échange de chaleur de véhicules automobiles qui comprennent un radiateur servant au refroidissement du moteur et un condenseur faisant partie du circuit de climatisation.
On parvient classiquement à réduire les ponts thermiques par des moyens divers, tels que la réalisation de fentes localisées, l'enlèvement de matière ou la réduction locale de l'épaisseur des ailettes. Ces moyens divers, s'ils réduisent les échanges thermiques, n'assurent toutefois pas un isolement thermique parfait comme cela serait le cas en absence de tout 4/065872
pont thermique .
L'invention a précisément pour objet une ailette d'échange de chaleur qui remédie à ces inconvénients en permettant de supprimer le pont thermique entre les différents échangeurs d'un module d' échangeurs de chaleur.
Ce but est atteint, conformément à l'invention, par le fait que la bande constituant ladite ailette comprend une zone d'affaiblissement, apte à autoriser sa séparation, en un premier élément comprenant ladite première zone d'échange de chaleur et un second élément comprenant ladite seconde zone d'échange de chaleur.
Grâce à ces caractéristiques, on dispose d'une ailette qui permet l'assemblage simultané des composants de deux échangeurs, puis la séparation de la liaison entre ladite première et seconde zones d'échange.
On peut ainsi obtenir des multi-échangeurs qui offrent l'avantage de ne présenter aucun pont thermique entre les zones d'échange de chaleur de l'ailette puisqu'il n'existe plus de liaisons métalliques résiduelles entre elles, par lesquelles un transfert de chaleur pourrait se faire.
Selon un mode de réalisation avantageux, la bande de l'ailette conforme à l'invention présente une forme ondulée et la ladite zone d'affaiblissement est constituée d'une fente rectiligne, par exemple obtenue par cisaillement, interrompue au niveau de certaine des faces des ondulations par au moins une liaison résiduelle, prévue entre ladite première et la dite seconde zone d'échange de chaleur.
A titre d'exemple, les faces des ondulations présentent une hauteur H et ladite liaison résiduelle, prévue à mi-hauteur, 04/065872
présente une hauteur h comprise entre H/5 et H/30, notamment d'environ 0,5 mm.
Selon une variante, les ailettes sont planes. Elles comportent alors des perforations dans lesquelles les tubes sont introduits .
L'invention concerne également un module d'échange de chaleur comprenant au moins un premier et un second échangeurs de chaleur, chaque échangeur comprenant des tubes de circulation de fluide généralement plats, régulièrement espacés, ayant une largeur, caractérisé en ce qu'il comprend des ailettes telles que décrites plus haut, lesdits premiers et seconds éléments desdites ailettes, prévus séparés l'un de l'autre, étant respectivement associés aux tubes du premier et du second échangeur.
Ladite bande présente une largeur, par exemple, sensiblement égale à la somme des largeurs des tubes du premier et du second échangeurs tandis que ladite première et ladite seconde zone d'échange de chaleur de ladite bande présentent une largeur correspondant respectivement à la largeur des tubes du premier et du second échangeur.
Selon un premier mode de réalisation, il pourra s'agir d'un module d'échange de chaleur sans composant commun. Les échangeurs seront alors assujettis l'un à l'autre par des éléments rapportés.
Selon un autre mode de réalisation, il pourra s'agir d'un multi-échangeurs. Plus précisément, ledit module pourra comprendre en outre au moins une joue assemblée par brasage à la première zone d'échange de chaleur et à la seconde zone d'échange de chaleur. 04/065872
Dans un premier exemple, les tubes des échangeurs dudit multi- échangeur sont décalés les uns des autres selon une direction orthogonale aux dits tubes et lesdites joues présentent un décalage de niveau équivalent entre le premier et le second échangeur.
Dans un second exemple lesdites joues comprennent deux parties reliées entre elles par des liaisons déformables et assemblées par brasage respectivement à la première et à la seconde zones d'échange de chaleur.
Dans un tel exemple, l'une des parties de la joue assemblée à l'une des zones d'échange de chaleur pourra comprendre au moins une excroissance assujettie par brasage à l'autre zone d'échange de chaleur.
On peut d'ailleurs noter que de telles joues trouvent leur utilité dans tout type de module sans qu'il s'agisse obligatoirement de modules munis d'ailettes conformes à l'invention. Ces joues présentent en effet par leur structure des capacités de limitations des transferts thermiques d'un échangeur à l'autre.
L'invention concerne encore un procédé de fabrication d'un module d'échange de chaleur comprenant au moins deux échangeurs de chaleur, chaque échangeur comprenant des tubes de circulation de fluide généralement plats et régulièrement espacés, ayant une largeur, et des éléments de refroidissement associées à ces tubes caractérisé en ce que :
on prévoit des bandes de tôle,
- on réalise un affaiblissement des bandes de tôle afin de limiter une première zone d'échange de chaleur destinée à être associée aux tubes du premier échangeur et une ' seconde zone d'échange de chaleur destinée à être 04/065872
associée aux tubes du second échangeur de chaleur, cet affaiblissement laissant subsister une liaison résiduelle entre la première zone d'échange de chaleur et la seconde zone d'échange de chaleur, on associe les bandes de tôle aux tubes des échangeurs, on rompt les liaisons résiduelles entre la première zone d'échange de chaleur et la seconde zone d'échange de chaleur de manière à les séparer entièrement, on assemble les échangeurs par brasage.
Après réalisation dudit affaiblissement, ladite bande de tôle constitue, par exemple, une ailette telle que définie plus haut .
Avantageusement, l'opération de rupture des liaisons résiduelles est réalisée avant le brasage, lors de l'opération d'association des bandes de tôle aux tubes.
De préférence, l'on conforme les bandes de tôle de manière à leur donner une forme ondulée, l'association des bandes de tôle aux tubes de l' échangeur se faisant par introduction des bandes de tôle ondulées entre les tubes.
Dans ce cas, on réalise en une seule opération les intercalaires ondulés de tous les échangeurs du module d'échange de chaleur, ce qui permet une augmentation de la rapidité de fabrication sans augmentation simultanée de la vitesse de formage. Par suite, les caractéristiques géométriques des intercalaires peuvent être maintenues dans de faibles tolérances de fabrication, ce qui facilite leur introduction entre les tubes sans problème d'appariement .
Avantageusement, on réalise ladite liaison résiduelle lors de la conformation des bandes de tôles sous forme ondulée, ceci en réalisant une fente discontinue dans les bandes de tôle, par 04/065872
exemple par cisaillement.
Alternativement, l'affaiblissement des bandes de tôle pourra être réalisé par enlèvement de matière ou par réalisation de fentes longitudinales, avant conformation.
Avantageusement, on rompt les liaisons résiduelles par déplacement des échangeurs l'un par rapport à l'autre, notamment selon un mouvement de cisaillement.
Dans le cas de la fabrication de modules du type multi- échangeurs à joues communes, s'il s'agit de joues planes non déformables, elles pourront être assemblées aux première et seconde zones de chaleur, après séparation de ces dernières.
S'il s'agit de joues déformables telles qu'évoquées plus haut, on pourra les assembler au reste du module lors de l'association des tubes et des bandes de tôles présentant les zones d'échange de chaleur. En effet, grâce à leur caractère déformable, elles pourront supporter l'opération de séparation desdites zones d'échange de chaleur.
S'il s'agit d'un multi-échangeurs à tubes décalés, muni de joues présentant un décalage équivalent à celui des tubes, l'une des joues pourra être positionnée en appui contre la zone d'échange de chaleur de l'un des échangeurs et l'autre en appui contre la zone d'échange de chaleur de l'autre échangeur, lors de l'association des tubes et des bandes de tôles. On agira alors sur lesdites joues selon deux directions opposées en obtenant de la sorte le décalage voulu pour les tubes et la rupture de la liaison résiduelle entre les zones d'échange de chaleur.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit 04/065872
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'une ailette conforme à l'invention; la Figure 2 illustre un détail de la zone repéré II à la figure
1; la Figure 3 est une vue en perspective d'un module conforme à l' invention; la Figure 4 illustre en perspective une variante de réalisation d'un élément d'un module conforme à l'invention; la Figure 5 illustre en perspective une étape d'un procédé, conforme à l'invention, de fabrication d'un module d' échangeur de chaleur; la Figure 6 détaille selon un plan de coupe transversale la position relative des différents composants illustrés à la figure 5, dans un premier état ; la Figure 7 détaille selon un plan de coupe transversale la position relative des différents composants illustrés à la figure 5, dans un second état.
Aux figures 1 et 2 , on a représenté une ailette d'échange de chaleur, notamment de refroidissement, conforme à l'invention. Ladite ailette est constituée d'une bande 30 comprenant une première zone d'échange de chaleur 18, destinée à coopérer avec des tubes d'un premier échangeur de chaleur, et une seconde zone d'échange de chaleur 20, destinée à coopérer avec des tubes d'un second échangeur de chaleur. De telles ailettes permettent d'assurer un échange de chaleur entre l'air et un fluide circulant dans les tubes. Elles sont, par exemple, en aluminium.
Chaque zone d'échange de chaleur 18,20 pourra être munie de moyens permettant de perturber l'écoulement de l'air, aussi appelées persiennes 60,62, connues de l'homme de l'art. 004/065872
Avantageusement, la configuration desdites persiennes est adaptée au type d' échangeur équipé. Elles pourront, par exemple, être orientées tête-bêche de part et d'autre d'un axe de symétrie, ceci dans chaque zone d'échange de chaleur 18, 20. Autrement dit, dans la première zone d'échange de chaleur 18, il est prévu de part et d'autre d'un premier axe de symétrie des persiennes d'orientation opposée. De même dans la seconde zone d'échange de chaleur 20, de part et d'autre d'un second axe de symétrie. Le nombre de persienne de la première zone d'échange de chaleur et celui de la seconde d'échange de chaleur pourra être différent.
Selon l'invention, ladite bande comprend une zone d'affaiblissement 22, apte à autoriser sa séparation en un premier élément comprenant ladite première zone d'échange de chaleur 18 et un second élément comprenant ladite seconde zone d'échange de chaleur 20.
On remarquera que les largeurs des zones 18 et 20 ne sont pas nécessairement égales. La largeur de chacune de ces zones correspond à la largeur des tubes de circulation de fluide de chacun des échangeurs avec lesquels l'ailette est destinée à coopérer. Si les tubes du premier échangeur sont plus larges que les tubes du second échangeur, la zone d'échange de chaleur 18 destinée à établir un échange de chaleur avec les tubes du premier échangeur pourra être plus large que la zone d'échange de chaleur 20 destinée à établir un échange de chaleur avec les tubes du second échangeur. La zone d'affaiblissement 22 de l'ailette pourra ainsi être décalée par rapport à l'axe de symétrie de celle-ci.
Selon le mode de réalisation illustré, ladite bande 30 présente une forme ondulée et la ladite zone d'affaiblissement 22 est constituée d'une fente rectiligne interrompue au niveau de 04/065872
9 certaine des faces des ondulations par au moins une liaison résiduelle 34, prévue entre ladite première et la dite seconde zone d'échange de chaleur. Le ratio du nombre de faces avec liaison résiduelle sur le nombre de faces sans liaison résiduelle pourra varier de 1/7 à 1/20. Il pourra être, notamment de 1/10.
Les deux zones d'échange de chaleur 18 et 20 sont ainsi séparées l'une de l'autre par des lumières 26 interrompues à intervalles réguliers par des languettes de tôle 34, notamment perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bande de tôle 30.
On réalise ainsi un affaiblissement de la bande de tôle, cet affaiblissement laissant subsister des liaisons résiduelles constituées par les languettes entre la première zone d'échange de chaleur 18 et la seconde zone d'échange de chaleur 20. Lesdites lumières présentent, par exemple, une largeur inférieure à 0,5 mm, voire 0,3 mm, voire 0,1 mm, ou encore une largeur nulle ou non mesurable, ledit affaiblissement résultant d'une simple découpe sans enlèvement de matière.
Les faces des ondulations présentent, notamment, une hauteur H et ladite liaison résiduelle, présente une hauteur h comprise, par exemple, entre H/5 et H/.30, notamment égale à H/12. Elle pourra être prévue à mi-hauteur ou dans les rayons.
Le module d'échange de chaleur représenté sur la figure 3 est constitué d'un radiateur 1 de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile et d'un condenseur de climatisation 2, ces deux échangeurs étant généralement plans.
Le radiateur 1 est constitué de façon connue d'un faisceau de tubes de circulation de fluide 5 montés entre deux boîtes collectrices 6 (une seule boîte a été représentée) , les deux boîtes collectrices 6 étant disposées le long de deux côtés 04/065872
10 parallèles du faisceau de tubes et munies de tubulures d'entrée 8 et de sortie du fluide de refroidissement.
Le condenseur 2 est également constitué d'un faisceau de tubes de circulation de fluide 10 montés entre deux boîtes collectrices 12 (une seule boîte a été représentée) , les boîtes 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) .
Les tubes de chacun des échangeurs sont, par exemple, en aluminium.
Selon l'invention, ledit module comprend également des ailettes telles que décrites plus haut, lesdits premiers et seconds éléments 64,66 desdites ailettes, prévus séparés l'un de l'autre, étant respectivement associés aux tubes 5,10 du premier et du second échangeur. La trace de la liaison résiduelle 34 rompue, bien que visible, n'a pas été représentée.
Dans le mode de réalisation représenté, les ailettes du module d'échange de chaleur sont constituées par des intercalaires de tôles ondulées disposés entre les tubes 5 et les tubes 10.
La boîte collectrice 6 de l' échangeur 1 est formée à partir de feuilles métalliques, avantageusement en aluminium, conformées par des opérations classiques de découpage et d'emboutissage. Elles comportent un fond 80 qui est généralement plat et de forme rectangulaire allongée. Ce fond est destiné à constituer la plaque collectrice, encore appelée «plaque à trous», de la boîte collectrice 6. Il comporte à cet effet une pluralité de trous 82 espacés de forme allongée destinés à recevoir les tubes 5 de l' échangeur 1. La boîte collectrice 6 comprend, en outre, des flancs latéraux 36 repliés en vis-à-vis qui sont 04/065872
11 généralement plans et parallèles entre eux. Les flancs 36 se raccordent sensiblement perpendiculairement au fond par deux lignes de pliage qui sont parallèles entre elles. La tubulure 8 est aménagée dans l'un des flancs latéraux 36.
La boîte collectrice 6 est fermée par un feuillard métallique de largeur donnée qui possède des génératrices parallèles. Ce feuillard peut venir s'emboîter entre les flancs latéraux 36 de la boîte collectrice 6 pour former un ensemble prêt à être brasé en même temps que la tubulure 8.
La boîte collectrice 12 de l' échangeur 2 présente la forme générale d'un cylindre allongé muni de perforations destinées à recevoir les tubes 10 de l' échangeur.
Avantageusement, ledit module d'échange de chaleur conforme à l'invention comprend en outre au moins une joue 40 assemblée par brasage à la première zone d'échange de chaleur 18 et à la seconde zone d'échange de chaleur 20. Ladite joue est constituée, par exemple, par une plaque métallique 37 de forme générale rectangulaire.
Selon le mode de réalisation illustré, les tubes 5,10 des échangeurs sont décalés les uns des autres selon une direction orthogonale aux dits tubes et les joues 40 présentent un décalage 39 de niveau équivalent entre le premier et le second échangeur 1,2.
Comme illustré à la figure 4, selon un autre mode de réalisation, le module comprend des joues latérales 46 déformables. Pour cela, lesdites joues comprennent deux parties 48,50 reliées entre elles par des liaisons déformables 52 et assemblées par brasage respectivement à la première 18 et à la seconde 20 zones d'échange de chaleur. 04/065872
12
Plus précisément, la joue 46 comprend deux parties allongées adjacentes, à savoir une partie 48 et une partie 50 reliées entre elles par les liaisons déformables 52. La partie 48 est propre à être assemblée à la première zone d'échange de chaleur 18, c'est-à-dire aux intercalaires de l' échangeur 1, tandis que la partie 50 est propre à être assemblée à la deuxième zone d'échange de chaleur 20, c'est-à-dire aux intercalaires de 1 'échangeur 2.
L'une des parties 50 de la joue assemblée à l'une des zones d'échange de chaleur 20 comprend au moins une excroissance 68 assujettie par brasage à l'autre zone d'échange de chaleur 18.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un module d'échange de chaleur comprenant au moins deux échangeurs de chaleur 1,2, chaque échangeur comprenant des tubes de circulation de fluide 5, 10 généralement plats et régulièrement espacés, ayant une largeur, et des éléments de refroidissement 64,66 associées à ces tubes 5, 10.
Selon l'invention, on réalise les opérations suivantes
on prévoit des bandes de tôle 30, on réalise un affaiblissement 22 des bandes de tôle 30 afin de limiter une première zone d'échange de chaleur 18 destinée à être associée aux. tubes 5 du premier échangeur 1 et une seconde zone d'échange de chaleur 20 destinée à être associée aux tubes 10 du second échangeur de chaleur 2, cet affaiblissement laissant subsister une liaison résiduelle 34 entre la première zone d'échange de chaleur 18 et la seconde zone d'échange de chaleur 20, on associe les bandes de tôle 30 aux tubes 5 et 10 des échangeurs 1, 2, - on rompt les liaisons résiduelles 34 entre la première zone d'échange de chaleur 18 et la seconde zone d'échange 04/065872
13 de chaleur 20 de manière à les séparer entièrement, on assemble les échangeurs 1, 2 par brasage.
Après réalisation dudit affaiblissement, ladite bande de tôle constitue, par exemple, une ailette telle que définie plus haut .
Avantageusement, avant assemblage, on conforme les bandes de tôle 30 de manière à leur donner une forme ondulée, l'association des bandes de tôle 30 aux tubes des échangeurs de chaleur se faisant par introduction des bandes de tôle entre les tubes 5,10.
A la figure 5, on a représenté de manière schématique l'opération d'association des ailettes aux tubes. Comme illustré, l'opération de rupture des liaisons résiduelles 34 desdites ailettes pourra être réalisée lors de cette étape.
Plus précisément, après insertion des ailettes ondulées 30 entre les tubes 5 et les tubes 10, la zone d'échange de chaleur 18 et la zone d'échange de chaleur 20- sont encore reliées entre elles par les languettes de tôle 34.
On pourra rompre les liaisons résiduelles 34 par déplacement des échangeurs 1,2 l'un par rapport à l'autre. Plus précisément, la séparation des zones d'échange de chaleur 18 et 20 pourra être réalisée par un mouvement de cisaillement en exerçant sur le premier échangeur un effort selon une première direction FI et sur le second échangeur un effort selon une seconde direction F2 , parallèle et opposée à la direction FI.
Une telle opération pourra, être réalisée par un outillage comprenant une paire de mâchoires 41 et 42 propres à enserrer la zone d'échange de chaleur 18 (tubes 5 et éléments d'échange de chaleur 64) de l' échangeur de chaleur 1, et une autre paire 04/065872
14 de mâchoire 43 et 44 propres à enserrer la zone d'échange de chaleur 20 (tubes 10 et éléments d'échange de chaleur 66) de 1' échangeur de chaleur 2, lesdites paires de mâchoires étant aptes à se déplacer selon les directions F1,F2.
On réalise ladite liaison résiduelle 34, par exemple, en réalisant une fente discontinue dans les bandes de tôle 30 lors de leur conformation sous forme ondulée.
Avantageusement, on dispose une joue commune 40 aux deux échangeurs en vis-à-vis des premières 18 et seconde 20 zones d'échange de chaleur et on assemble lesdits échangeurs 1,2 entre eux par ladite joue, lors du brasage.
Comme illustré aux figures 6 et 7, selon un premier mode de réalisation, il s'agit de joues présentant un décalage 39.
L'une des joues pourra alors être positionnée en appui contre la zone d'échange de chaleur 18 de l'un des échangeurs 1 et l'autre joue 40 en appui contre la zone d'échange de chaleur 20 de l'autre échangeur 2, lors de l'association des tubes 5,10 et des bandes de tôles 30, comme plus particulièrement illustré à la figure 6.
On agit ensuite sur lesdites joues selon deux directions opposées en obtenant de la sorte le décalage voulu pour les tubes et la rupture de la liaison résiduelle entre les zones d'échange de chaleur. Les joues 40 sont alors en appui contre les éléments d'échange de chaleur 64,66 sur toute leur largeur, comme illustré à la figure 7.
Selon un autre mode de réalisation, il pourra s'agir d'une joue déformable telle que celle décrite à la figure 5.
Dans ce cas, les liaisons déformables 52 auront pu être préalablement obtenues grâce à des découpes 54 réalisées dans l'épaisseur de la tôle métallique.
Les deux parties 48 et 50 de la joue sont alors assemblées en appui contre les ailettes 30 avant rupture des zones de liaison résiduelles des zones d'échange de chaleur 18,20.
Lorsque les zones de liaison résiduelles 34 sont rompues pour séparer les deux zones d'échange de chaleur 18 et 20, les parties 48 et 50 de la joue restent solidarisées aux deux zones d'échange de chaleur, mais se trouvent écartées l'une de l'autre. Cependant, ces deux parties 48 et 50 restent solidaires l'une de l'autre grâce aux liaisons déformables 52.
Ainsi, dans ce mode de réalisation, la joue 46 est associée en même temps que le reste de l' échangeur (tubes et ailettes) et absorbe, grâce à ses liaisons déformables 52, le mouvement de cisaillement produit par la séparation des deux zones d'échange de chaleur.
L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites précédemment à titre d'exemple et s'étend à d'autres variantes. Ainsi, au lieu d'utiliser des boîtes collectrices complètement métalliques, on pourrait utiliser des boîtes collectrices en matière plastique associées chacune à un collecteur métallique.
Par ailleurs, on a décrit ici un module d'échange de. chaleur comprenant deux échangeurs de chaleur 1 et 2 (par exemple un radiateur de refroidissement et un condenseur) destinés à être parcourus par des fluides différents.
Il entre aussi dans le cadre de l'invention de réaliser un module d'échange de chaleur, que l'on peut aussi appeler échangeur multi-températures, dans lequel les échangeurs 1 et 2 04/065872
16 sont parcourus par le même fluide, prévus à deux températures différentes d'un échangeur à l'autre.
Alternativement, plutôt que de constituer un module comprenant une joue commune, on pourra assujettir lesdits échangeurs l'un à l'autre sous la forme d'un module, après brasage, grâce à des moyens de liaison rapportés.
L'invention trouve une application particulière à la réalisation de modules d'échange de chaleur pour véhicules automobiles .

Claims

04/06587217Revendications
1. Ailette d'échange de chaleur, notamment de refroidissement, constituée d'une bande (30) comprenant une première zone d'échange de chaleur (18), destinée à coopérer avec des tubes d'un premier échangeur de chaleur, et une seconde zone d'échange de chaleur (20), destinée à coopérer avec des tubes d'un second échangeur de chaleur, caractérisé en ce que ladite bande comprend une zone d'affaiblissement (22), apte à autoriser sa séparation en un premier élément (64) comprenant ladite première zone d'échange de chaleur (18) et un second élément (66) comprenant ladite seconde zone d'échange de chaleur (20).
2. Ailette selon la revendication 1 dans laquelle ladite bande (30) présente une forme ondulée et la ladite zone d'affaiblissement est constituée d'une fente rectiligne interrompue au niveau de certaines des faces des ondulations par au moins une liaison résiduelle (34) , prévue entre ladite première et la dite seconde, zone d'échange de chaleur.
3. Ailette selon la revendication 2 dans laquelle les faces des ondulations présentent une hauteur H et ladite liaison résiduelle, prévue à mi-hauteur, présente une hauteur h comprise entre H/5 et H/30.
4. Module d'échange de chaleur comprenant au moins un premier et un second échangeurs de chaleur (1, 2) , chaque échangeur comprenant des tubes de circulation de fluide (5, 10) généralement plans, régulièrement espacés, ayant une largeur, caractérisé en ce qu'il comprend des ailettes selon l'une quelconque des revendications précédentes, lesdits premiers et seconds éléments (64,66) desdites ailettes, prévus séparés l'un de l'autre, étant respectivement 04/065872
18 associés aux tubes (5,10) du premier et du second échangeur.
5. Module d'échange de chaleur selon la revendication 4 comprenant en outre au moins une joue (40,46) assemblée par brasage à la première zone d'échange de chaleur (18) et à la seconde zone d'échange de chaleur (20) .
6. Module d'échange de chaleur selon la revendication 5 dans lequel les tubes (5,10) des échangeurs sont décalés les uns des autres selon une direction orthogonale aux dits tubes et les joues (40) présentent un décalage de niveau équivalent entre le premier et le second échangeur (1,2) .
7. Module d'échange de chaleur selon la revendication 4 dans lequel les joues (46) comprennent deux parties (48; 50) reliées entre elles par des liaisons déformables (52) et assemblées par brasage respectivement à la première (18) et à la seconde (20) zones d'échange de chaleur.
8. Module d'échange de chaleur selon la revendication 7 dans lequel l'une des parties (50) de la joue assemblée à l'une des zones d'échange de chaleur (20) comprend au moins une excroissance (68) assujettie par brasage à l'autre zone d'échange de chaleur (18).
9. Procédé de fabrication d'un module d'échange de chaleur comprenant au moins deux échangeurs de chaleur (1, 2) , chaque échangeur comprenant des tubes de circulation de fluide (5, 10) généralement plats et régulièrement espacés, ayant une largeur, et des éléments de refroidissement (64,66) associées à ces tubes (5, 10), caractérisé en ce que
on prévoit des bandes de tôle (30) , - on réalise un affaiblissement (22) des bandes de tôle 4/065872
19
(30) afin de limiter une première zone d'échange de chaleur (18) destinée à être associée aux tubes du premier échangeur (5) et une seconde zone d'échange de chaleur (20) destinée à être associée aux tubes (10) du second échangeur de chaleur (2) , cet affaiblissement laissant subsister une liaison résiduelle (34) entre la première zone d'échange de chaleur (18) et la seconde zone d'échange de chaleur (20), on associe les bandes de tôle (3) aux tubes (5 et 10) des échangeurs (1, 2), on rompt les liaisons résiduelles (34) entre la première zone d'échange de chaleur (18) et la seconde zone d'échange de chaleur (20) de manière à les séparer entièrement, - on assemble les échangeurs (1, 2) par brasage.
10. Procédé selon la revendication 9 dans lequel l'opération de rupture des liaisons résiduelles est réalisée lors de l'opération d'association des bandes de tôle aux tubes.
11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, dans lequel l'on conforme les bandes de tôle (30) de manière à leur donner une forme ondulée, l'association des bandes de tôle
(30) aux tubes des échangeurs de chaleur se faisant par introduction des bandes de tôle entre les tubes (5, 10) .
12. Procédé selon la revendication 11 dans lequel on réalise ladite liaison résiduelle en réalisant une fente discontinue dans les bandes de tôle (30) lors de leur conformation sous forme ondulée.
13. Procédé selon l'une des revendications 9 à 12, dans lequel on rompt les liaisons résiduelles (34) par déplacement des échangeurs (1, 2) l'un par rapport à l'autre. 04/065872
20
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 13 dans lequel on dispose une joue commune (40,46) aux deux échangeurs en vis-à-vis des premières (18) et seconde (20) zones d'échange de chaleur et on assemble lesdits échangeurs (1,2) entre eux par ladite joue, lors du brasage.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 13 dans lequel on assujettit lesdits échangeurs l'un à l'autre sous la forme d'un module, après brasage, en utilisant des moyens de liaison rapportés.
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