FR2465986A1 - Heat exchanger assembly with nest of tubes - has expansion chamber formed by separate vessel detachable from water tank - Google Patents
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Abstract
Description
la présente invention a pour objet un dispositif à chambre collectrice et chambre d'expansion pour échangeur de chaleur. the present invention relates to a device with a collecting chamber and an expansion chamber for a heat exchanger.
Elle concerne plus particulièrement les échangeurs de chaleur comprenant un faisceau de tubes parallèles parcourus par un fluide primaire, le plus souvent de l'eau, qui traversent avec contact des ailettes balayées par un fluide secondaire, le plus souvent de l'air, les extrémités des tubes débouchant, au moins sur un côté, dans une chambre collectrice, limitée d'une part par une botte, dite boite à eau, d'autre part par une plaque traversée par les extrémités des tubes, habituellement appelée collecteur, la bote à eau et le collecteur étant assemblés entre eux de manière étanche. It relates more particularly to heat exchangers comprising a bundle of parallel tubes traversed by a primary fluid, most often water, which pass through the fins swept by a secondary fluid, most often air, the ends tubes opening, at least on one side, into a collecting chamber, limited on the one hand by a boot, called a water box, on the other hand by a plate crossed by the ends of the tubes, usually called collector, the box water and the collector being assembled together in a sealed manner.
Un échangeur de ce type est, par exemple, décrit dans le Brevet français nO 1.577.223 déposé le 21 Juillet 1967 au nom de la Demanderesse. An exchanger of this type is, for example, described in French Patent No. 1,577,223 filed on July 21, 1967 in the name of the Applicant.
Pour répondre à la dilatation et la contraction du liquide sous l'effet des variations de température, qui peuvent être très importantes, on prévoit une chambre d'expansion qui sert également au dégazage de l'eau. To respond to the expansion and contraction of the liquid under the effect of temperature variations, which can be very large, an expansion chamber is provided which is also used for degassing the water.
Dans de nombreuses installations, la chambre est ménagée par un vase d'expansion distinct de l'échangeur et est reliée à celui-ci par des tuyaux, le plus souvent souples. In many installations, the chamber is formed by an expansion vessel separate from the exchanger and is connected to the latter by pipes, most often flexible.
Récemment, on a proposé d'associer plus étroitement le vase d'expansion à l'échangeur de chaleur, de manière à constituer avec lui une unité mécanique, supprimant ainsi la nécessité de tuyaux de raccordement. Recently, it has been proposed to associate the expansion vessel more closely with the heat exchanger, so as to constitute with it a mechanical unit, thus eliminating the need for connection pipes.
Dans ce but, une enceinte, assemblée avec le collecteur, a un volume suffisant pour pouvoir titre divisée en deux chambres par une cloison intérieure, une des chambres jouant le rôle de chambre collectrice et la chambre adjacente celle de chambre d'expansion. For this purpose, an enclosure, assembled with the collector, has a sufficient volume to be able to be divided into two chambers by an interior partition, one of the chambers playing the role of collecting chamber and the adjacent chamber that of expansion chamber.
Ces deux chambres, tout en étant séparées l'une de l'autre, sont en communication par deux orifices éloignés l'un de l'autre et de sections de passage différentes, l'assemblage devant rester simple et précis, tout en étant robuste et réalisable de manière économique, pour être adapté à une fabrication en grande série, comme requis dans le domaine de l'automobile. These two chambers, while being separated from each other, are in communication by two orifices distant from one another and of different passage sections, the assembly having to remain simple and precise, while being robust and economically feasible, to be suitable for mass production, as required in the automotive field.
Le dispositif de chambre collectrice et de chambre d'expansion selon l'invention, à boite à eau assemblée de manière étanche par son bord à la périphérie du collecteur traversé par les extrémités des tubes du faisceau faisant partie de l'échangeur, est caractérisé en ce qu'à la boite à eau est accolé, sur la partie-de celle-ci opposée à l'orifice dont le bord est assemblé avec le collecteur, un vase limitant la chambre d'expansion, une communication étant établie en haut et en bas entre la chambre collectrice et la chambre d'expansion par des orifices en regard que présentent les parois contiguës de la bote et du vase. The collecting chamber and expansion chamber device according to the invention, with a water box assembled in a sealed manner by its edge at the periphery of the manifold crossed by the ends of the tubes of the bundle forming part of the exchanger, is characterized in that to the water box is attached, on the part thereof opposite the orifice whose edge is assembled with the collector, a vessel limiting the expansion chamber, communication being established at the top and in bottom between the collecting chamber and the expansion chamber by facing orifices presented by the adjoining walls of the box and the vase.
La boite à eau et le vase d'expansion comportent, directement ou indirectement, des moyens conjugués d'agrafage, de clipsage ou de vissage. The water box and the expansion tank comprise, directly or indirectly, combined means of stapling, clipping or screwing.
Selon un mode d'exécution, l'agrafage ou clipsage est obtenu par coopération de pattes à attaches élastiques, que présente le vase d'expansion, avec des redents ménagés à la surface externe des parois latérales de la boite. According to one embodiment, the stapling or clipping is obtained by cooperation of tabs with elastic fasteners, which the expansion vessel has, with notches formed on the external surface of the side walls of the box.
L'invention prévoit que les parois contigues de la boite à eau et du vase d'expansion ont des formes conjuguées et que la coopération d'au moins un relief et d'une cavité desdites parois contribue au support du vase sur la boute à eau. The invention provides that the adjoining walls of the water box and the expansion tank have conjugate shapes and that the cooperation of at least one relief and of a cavity of said walls contributes to the support of the vase on the water bottle. .
La majeure partie de la section transversale du vase d'expansion est avantageusement circulaire, lui conférant une bonne résistance à la pression interne. The major part of the cross section of the expansion tank is advantageously circular, giving it good resistance to internal pressure.
La communication entre la chambre collectrice et la chambre d'expansion est obtenue par des embouts faisant partie du vase d'expansion et traversant de manière étanche des ouvertures conjuguées prévues dans la paroi de la boite à eau. The communication between the collecting chamber and the expansion chamber is obtained by nozzles forming part of the expansion vessel and sealingly passing through conjugate openings provided in the wall of the water box.
Celle-ci, ainsi que le vase d'expansion, sont avantageusement en matière plastique. This, as well as the expansion tank, are advantageously made of plastic.
La configuration fermée du vase d'expansion permet, si désiré, l'application, pour sa réalisation, de la technique du soufflage. The closed configuration of the expansion tank allows, if desired, the application, for its realization, of the blowing technique.
Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1 est une vue en élévation, avec arrachements partiels, d'un dispositif de boite à eau, de chambre collectrice et de vase d'expansion selon l'invention
- la figure 2 est une vue, en coupe transversale, d'une bote à eau
- la figure 3 est une vue, en coupe transversale d'un vase d'expansion
- la figure 4 est une vue, en coupe transversale, du dispositif résultant de l'assemblage de la bote à eau et du vase d'expansion
- la figure 5 est une vue partielle en plan d'une bote à eau ;
- la figure 6 est une vue en coupe, à plus grande échelle, d'une partie de la figure 4.In the description which follows, given by way of example, reference is made to the appended drawings, in which
- Figure 1 is an elevational view, partially broken away, of a water box device, collecting chamber and expansion tank according to the invention
- Figure 2 is a view, in cross section, of a water box
- Figure 3 is a view, in cross section of an expansion tank
- Figure 4 is a view, in cross section, of the device resulting from the assembly of the water box and the expansion tank
- Figure 5 is a partial plan view of a water box;
FIG. 6 is a sectional view, on a larger scale, of part of FIG. 4.
La boite à eau Il (figure i), en matière plastique, a une forme générale parallélépipédique rectangle, mais dont une grande face 12 (figure 2) est incurvée, sensiblement semicylindrique. Les deux hautes faces verticales 13 et 14 sont planes ainsi que les deux petites faces horizontales, supérieure et inférieure, respectivement 15 et 16. Les bords 17, 18 et 19, 21 desdites faces servent à l'assemblage étanche de la bote à eau avec un collecteur ou plaque à trous, non représenté, présentant des orifices de passage des extrémités des tubes du faisceau. The water box II (figure i), made of plastic, has a generally rectangular parallelepiped shape, but a large face 12 (figure 2) is curved, substantially semi-cylindrical. The two high vertical faces 13 and 14 are planar as well as the two small horizontal faces, upper and lower, respectively 15 and 16. The edges 17, 18 and 19, 21 of said faces are used for the sealed assembly of the water box with a manifold or plate with holes, not shown, having orifices for passage of the ends of the tubes of the bundle.
Les surfaces externes 22 et 23 des parois 13 et 14 présentent, à mi-hauteur, une saillie ou indentation respectivement 24, 25, dont les faces frontales 26, 27 sont perpendiculaires au plan longitudinal moyen 28 de symétrie de la bote à eau 11, lesdites faces 26 et 27 étant aux raccordements entre les parties planes 29 et 31 de la surface externe de la paroi verticale de la boite à eau et là partie incurvée 32. Une indentation 24 ou 25 est limitée vers le haut-et vers le bas par une petite face triangulaire allongée 33 (figure 5). The external surfaces 22 and 23 of the walls 13 and 14 have, at mid-height, a projection or indentation respectively 24, 25, the front faces 26, 27 of which are perpendicular to the mean longitudinal plane 28 of symmetry of the water box 11, said faces 26 and 27 being at the connections between the flat parts 29 and 31 of the external surface of the vertical wall of the water box and there curved part 32. An indentation 24 or 25 is limited upwards and downwards by a small elongated triangular face 33 (Figure 5).
En sa zone centrale, la paroi incurvée 12 présente un bossage 34, en relief par rapport au reste de la surface externe incurvée 32, de section transversale sensiblement circulaire et dont l'épaisseur de la paroi 35 est sensiblement la même que celle du reste de la paroi semi-cylindrique présentant la face 12, le bossage 34 montrant une surface externe cylindrique 36 et une face frontale circulaire 37. In its central zone, the curved wall 12 has a boss 34, in relief with respect to the rest of the curved external surface 32, of substantially circular cross section and whose thickness of the wall 35 is substantially the same as that of the rest of the semi-cylindrical wall having the face 12, the boss 34 showing a cylindrical external surface 36 and a circular front face 37.
Dans sa zone voisine du plan de symétrie 28, la botte il présente, sur sa face incurvée 12, à sa partie supérieure, un orifice circulaire 38 (figure 1) et, à sa partie inférieure, un orifice circulaire 39, de diamètre plus grand que l'orifice 38, lesdits orifices étant bordés par des joints d'étanchéité, respectivement 41 et 42 à rebords 43,44 et 45,46 enserrant la paroi. In its zone close to the plane of symmetry 28, the boot has, on its curved face 12, at its upper part, a circular orifice 38 (FIG. 1) and, at its lower part, a circular orifice 39, of larger diameter that the orifice 38, said orifices being bordered by seals, respectively 41 and 42 with edges 43, 44 and 45, 46 enclosing the wall.
Le vase d'expansion 50 (figure 3) a une configuration générale tubulaire, sa paroi présentant une partie cylindrique circulaire 51 régnant sur près des trois quarts d'une circonférence complète (en section transversale) centrée autour d'un axe 52, le reste de la paroi étant constitué par une partie incurvée 53 à convexité tournée vers l'intérieur du tube et dont le rayon de courbure est sensiblement celui de la surface incurvée 12 de la bote à eau 11. The expansion vessel 50 (FIG. 3) has a general tubular configuration, its wall having a circular cylindrical part 51 prevailing over almost three quarters of a complete circumference (in cross section) centered around an axis 52, the rest of the wall being constituted by a curved part 53 with convexity turned towards the inside of the tube and whose radius of curvature is substantially that of the curved surface 12 of the water box 11.
 mi-hauteur, la paroi 53 est conformée de manière à ménager, symétrique par rapport au plan méridien axial 59, une cuvette 54 à surface interne 55 cylindrique et à fond plan 56, la surface 55 étant conjuguée de la surface 36 du bossage 34 de la boite à eau Il et le fond 56 conjugué de la surface frontale 37 du bossage 34. At mid-height, the wall 53 is shaped so as to provide, symmetrical with respect to the axial meridian plane 59, a cup 54 with an internal surface 55 cylindrical and with a flat bottom 56, the surface 55 being conjugate with the surface 36 of the boss 34 of the water box II and the bottom 56 conjugate of the front surface 37 of the boss 34.
Egalement à mi-hauteur, mais sur sa surface externe, au raccordement entre la partie cylindrique circulaire 51 et la partie incurvée 53, le vase d'expansion 50 présente deux pattes 57, 58 symétriques par rapport au plan axial moyen 59 du vase 50. Chaque patte a une forme générale rectangulaire avec un bord supérieur 61 et un bord inférieur 62, une face latérale externe 63 et une face latérale interne 64. L'extrémité d'une patte est constituée par une dent ou bec 65 qui, à partir du sommet ou arête externe 66 de la patte, présente une face oblique 67, se raccordant à la face latérale interne 64 par une face 68 perpendiculaire au plan axial moyen 59. Also at mid-height, but on its external surface, at the connection between the circular cylindrical part 51 and the curved part 53, the expansion vessel 50 has two legs 57, 58 symmetrical with respect to the mean axial plane 59 of the vessel 50. Each leg has a generally rectangular shape with an upper edge 61 and a lower edge 62, an external lateral face 63 and an internal lateral face 64. The end of a leg consists of a tooth or beak 65 which, from the vertex or external edge 66 of the tab, has an oblique face 67, connecting to the internal lateral face 64 by a face 68 perpendicular to the mean axial plane 59.
Sur la paroi 53, incurvée vers l'intérieur, du vase d'expansion 50 sont prévus deux embouts tubulaires, l'un supérieur 71 (figure 1), l'autre inférieur 72, ce dernier ayant un diamètre de passage plus grand que celui du premier, et propres à coopérer, respectivement, avec les joints d'étanchéité 41 et 42. On the wall 53, curved inwards, of the expansion vessel 50 are provided two tubular ends, one upper 71 (FIG. 1), the other lower 72, the latter having a larger passage diameter than that of the first, and adapted to cooperate, respectively, with the seals 41 and 42.
La paroi inférieure 73 du vase d'expansion est plane et la partie supérieure dudit vase est constituée par un col 74, limitant ainsi un orifice de remplissage, et qui est propre à recevoir un bouchon. The lower wall 73 of the expansion vessel is flat and the upper part of said vessel is constituted by a neck 74, thus limiting a filling orifice, and which is suitable for receiving a plug.
Pour le montage du vase d'expansion 50 sur la botte à eau Il (figure 4), il suffit, ayant disposé côte à côte ledit vase et ladite boîte, la partie incurvée 53 du vase en regard de la surface incurvée 12 de la boîte, d'effectuer un mouvement de rapprochement. Les parties obliques 67 des becs 65 des pattes 57 et 58 coopèrent avec les parties de face externe 75 et 76 de la bote proche des indentations 24 et 25 et les pattes 57 et 58 s'épanouissent légèrement en raison de l'élasticité de leur attache, respectivement 77 et 78. du cours de la progression, l'embout 71 pénètre avec frottement dans le passage limité par le joint 41 et l'embout 72 pénètre avec frottement dans le passage limité par-le joint 42. For mounting the expansion vessel 50 on the water boot II (FIG. 4), it is sufficient, having placed said vessel and said box side by side, the curved part 53 of the vase opposite the curved surface 12 of the box , to move closer. The oblique parts 67 of the spouts 65 of the legs 57 and 58 cooperate with the external face parts 75 and 76 of the box close to the indentations 24 and 25 and the legs 57 and 58 open out slightly due to the elasticity of their attachment. , respectively 77 and 78. during progression, the end piece 71 enters with friction in the passage limited by the seal 41 and the end piece 72 enters with friction in the passage limited by the seal 42.
Lorsque les faces frontales 68 des becs 65 viennent en regard des faces frontales 26 et 27 des indentations, les pattes 57 et 58 se rapprochent l'une de l'autre par l'effet de rappel élastique des attaches 77 et 78 et les arases 81 (figure 6) des becs 65 et viennent en contact avec les arêtes 82 d'où se détachent les indentations 24 et 25. L'agrafage ou clipsage est réalisé. Dans cette condition, la cuvette 54 coiffe complètement le bossage 34. When the front faces 68 of the spouts 65 come opposite the front faces 26 and 27 of the indentations, the tabs 57 and 58 approach each other by the elastic return effect of the fasteners 77 and 78 and the levelings 81 (Figure 6) of the spouts 65 and come into contact with the edges 82 from which the indentations 24 and 25 are detached. The stapling or clipping is carried out. In this condition, the cup 54 completely covers the boss 34.
L'ensemble ainsi constitué par la bote à eau Il et le vase d'expansion 50 étant assemblé de manière étanche au collecteur coopérant avec la botte à eau 11, aussi bien la botte à eau il que le vase d'expansion 50 sont dans les conditions optimales pour jouer le rôle qui leur est dévolu. The assembly thus constituted by the water box II and the expansion tank 50 being assembled in a sealed manner to the collector cooperating with the water boot 11, both the water boot II and the expansion tank 50 are in the optimal conditions to play the role assigned to them.
Le remplissage en eau se fait par le collet 74. Si nécessaire, le bouchon coopérant avec ce collet comprend un clapet taré. The water is filled by the collar 74. If necessary, the plug cooperating with this collar comprises a calibrated valve.
Le poids de l'eau contenue dans le vase d'expansion est transmis à la bote à eau par coopération du bossage 34 de la bote à eau avec la cuvette 54 du vase d'expansion, ce qui permet aux joints élastiques 41 et 42 de jouer leur rôle d'étanchéité dans les meilleures conditions. The weight of the water contained in the expansion tank is transmitted to the water box by cooperation of the boss 34 of the water box with the bowl 54 of the expansion tank, which allows the elastic seals 41 and 42 to play their sealing role in the best conditions.
Le vase d'expansion 50 est avantageusement en matière plastique. The expansion tank 50 is advantageously made of plastic.
Le cas échéant, sa fabrication peut faire appel à la technique du soufflage Where appropriate, its manufacture may use the blowing technique
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