FR2676533A1 - Heat exchanger with tubes having oval cross-section, in particular for motor vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
Echangeur de chaleur à tubes de section ovale, en particulier pour véhicules automobiles
L'invention concerne un échangeur de chaleur comportant des tubes de section ovale, destiné en particulier aux véhicules automobiles.Oval section heat exchanger, in particular for motor vehicles
The invention relates to a heat exchanger comprising oval section tubes, intended in particular for motor vehicles.
On connaît déjà des échangeurs de chaleur qui comprennent un faisceau formé d'une multiplicité de tubes disposés en rangées et possédant des corps respectifs de section ovale ainsi que des extrémités respectives reçues dans des trous de passage correspondants, disposés en rangées et -ménagés au travers d'un collecteur.Heat exchangers are already known which comprise a bundle formed by a multiplicity of tubes arranged in rows and having respective bodies of oval section as well as respective ends received in corresponding passage holes, arranged in rows and arranged through of a collector.
Par l'expression "section ovale", on entend désigner ici, d'une façon générale, une section fermée de forme non circulaire qui peut être une ellipse, une forme approchante, voire une forme plus aplatie telle que définie, par exemple, par deux côtés parallèles réunis entre eux par deux côtés semi-circulaires.The expression "oval section" is intended to denote here, in general, a closed section of non-circular shape which may be an ellipse, an approaching shape, or even a more flattened shape as defined, for example, by two parallel sides joined together by two semi-circular sides.
Dans la pratique, et par analogie avec les ellipses, une telle section ovale peut être définie par son "grand axe" et son "petit axe" qui correspondent respectivement à la plus grande dimension et à la plus petite dimension de cette section.In practice, and by analogy with ellipses, such an oval section can be defined by its "major axis" and its "minor axis" which correspond respectively to the largest dimension and to the smallest dimension of this section.
Les échangeurs de chaleur à tubes à section ovale ont comme avantage, par rapport aux échangeurs à tubes de section circulaire, de réduire la perte de charge subie par le flux du fluide généralement de l'air- qui traverse le faisceau, à condition que la direction de ce flux soit sensiblement parallèle au grand axe de la section ovale de chacun des corps des tubes, c'est-à-dire généralement perpendiculaire à la direction des rangées des tubes.The advantage of oval-section tube heat exchangers, compared to circular-section tube exchangers, is that they reduce the pressure drop undergone by the flow of fluid, generally air, which passes through the bundle, provided that the direction of this flow is substantially parallel to the major axis of the oval section of each of the bodies of the tubes, that is to say generally perpendicular to the direction of the rows of tubes.
Les extrémités des tubes sont reçues dans les trous du collecteur, lesquels sont généralement entourés chacun d'un collet facilitant la compression d'un joint d'étanchéité dans l'espace annulaire ménagé entre l'extrémité d'un tube et le collet correspondant.The ends of the tubes are received in the holes of the manifold, which are generally each surrounded by a collar facilitating the compression of a seal in the annular space formed between the end of a tube and the corresponding collar.
Toutefois, pour que l'extrémité du tube puisse assurer, sans se déformer, une bonne compression du joint d'étanchéité, il est nécessaire que cette extrémité soit amenée à une forme circulaire, voire à une forme ovale généralement moins allongée que celle du corps du tube.However, so that the end of the tube can ensure, without deforming, good compression of the seal, it is necessary that this end is brought to a circular shape, or even to an oval shape generally less elongated than that of the body. of the tube.
Dans ce dernier cas, il faut que le grand axe du trou ovale du collecteur soit compatible avec l'entraxe des rangées de tubes, c'est-à-dire l'entraxe des trous.In the latter case, the long axis of the oval hole in the manifold must be compatible with the center distance of the rows of tubes, that is to say the center distance of the holes.
En effet, compte tenu des efforts importants subis par le collecteur, il faut prévoir des ponts de matière de dimension minimale entre deux trous adjacents du collecteur pour pouvoir réaliser les collets, ce qui fait que l'entraxe entre deux rangées ne peut en pratique descendre en-dessous d'une valeur minimale.Indeed, given the significant efforts undergone by the collector, it is necessary to provide material bridges of minimum dimension between two adjacent holes of the collector in order to be able to produce the collars, which means that the center distance between two rows cannot in practice descend below a minimum value.
L'invention a notamment pour but de surmonter cet inconvénient.The object of the invention is in particular to overcome this drawback.
Elle propose, à cet effet, un échangeur de chaleur du type défini en introduction, dans lequel le corps de chaque tube présente une section ovale ayant un grand axe orienté dans une première direction, tandis que l'extrémité du tube est déformée par rapport au corps pour présenter une section ovale ayant un grand axe orienté dans une seconde direction offrant un décalage angulaire par rapport à la première direction.To this end, it proposes a heat exchanger of the type defined in the introduction, in which the body of each tube has an oval section having a major axis oriented in a first direction, while the end of the tube is deformed relative to the body for presenting an oval section having a major axis oriented in a second direction providing an angular offset relative to the first direction.
De cette manière, on peut donner aux extrémités des tubes et aux trous du collecteur une orientation angulaire différente de celle des corps des tubes, ce qui permet d'orienter les trous du collecteur dans une direction telle que le pont de matière défini entre deux trous adjacents possède une dimension minimale.In this way, it is possible to give the ends of the tubes and the holes of the manifold an angular orientation different from that of the bodies of the tubes, which makes it possible to orient the holes of the manifold in a direction such that the material bridge defined between two holes adjacent has a minimum dimension.
De façon avantageuse, la première direction précitée est perpendiculaire à la direction des rangées des tubes, tandis que la seconde direction précitée présente ledit décalage angulaire par rapport à la perpendiculaire à la direction des rangées des trous, les trous de passage du collecteur ayant une section ovale adaptée à celle des extrémités des tubes et offrant le même décalage angulaire par rapport à la perpendiculaire à la direction des rangées des trous.Advantageously, the aforementioned first direction is perpendicular to the direction of the rows of tubes, while the aforementioned second direction has said angular offset relative to the perpendicular to the direction of the rows of holes, the manifold holes having a cross section oval adapted to that of the ends of the tubes and offering the same angular offset with respect to the perpendicular to the direction of the rows of holes.
En d'autres termes, les corps des tubes possèdent alors une orientation angulaire telle que la perte de charge subie par le flux de fluide traversant l'échangeur de chaleur est minimale.In other words, the tube bodies then have an angular orientation such that the pressure drop undergone by the flow of fluid passing through the heat exchanger is minimal.
De plus, comme les grands axes respectifs des trous présentent un décalage angulaire par rapport à la perpendiculaire à la direction des rangées des trous, on peut les réaliser avec une disposition compacte, tout en offrant un pont de matière de dimension minimale entre deux trous adjacents.In addition, as the respective major axes of the holes have an angular offset with respect to the perpendicular to the direction of the rows of the holes, they can be produced with a compact arrangement, while providing a bridge of material of minimum dimension between two adjacent holes .
Le décalage angulaire est choisi en fonction de l'entraxe compris entre deux rangées de trous et de l'entraxe entre deux trous adjacents d'une même rangée, ainsi que de la forme particulière de la section ovale du trou. Généralement, ce décalage angulaire est inférieur à 45". The angular offset is chosen according to the center distance between two rows of holes and the center distance between two adjacent holes of the same row, as well as the particular shape of the oval section of the hole. Generally, this angular offset is less than 45 ".
Bien que les sections ovales respectives du corps et de l'extrémité d'un tube puissent être semblables, on préfère dans la pratique qu'elles aient des formes différentes.Although the respective oval sections of the body and the end of a tube may be similar, it is preferred in practice that they have different shapes.
De préférence, le grand axe de la section ovale du corps du tube est plus long que le grand axe de la section ovale de son extrémité, ce qui signifie, en d'autres termes, que la section ovale de l'extrémité est plus proche d'un cercle que celle du corps du tube.Preferably, the major axis of the oval section of the body of the tube is longer than the major axis of the oval section of its end, which means, in other words, that the oval section of the end is closer of a circle than that of the body of the tube.
La déformation de l'extrémité du tube peut être obtenue par tout moyen approprié, notamment à l'aide d'un poinçon. Dans la plupart des cas, la section ovale du corps du tube aura un périmètre de valeur inférieure ou égale à celle du périmètre de la section ovale de l'extrémité du même tube. The deformation of the end of the tube can be obtained by any suitable means, in particular using a punch. In most cases, the oval section of the tube body will have a perimeter of value less than or equal to that of the perimeter of the oval section of the end of the same tube.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les sections ovales respectives du corps et de l'extrémité du tube ont des centres respectifs alignés suivant l'axe longitudinal du tube.According to another characteristic of the invention, the respective oval sections of the body and of the end of the tube have respective centers aligned along the longitudinal axis of the tube.
Autrement dit, les extrémités des tubes sont dans le même alignement axial que les corps des tubes.In other words, the ends of the tubes are in the same axial alignment as the bodies of the tubes.
L'invention permet ainsi de réaliser un échangeur de chaleur dans lequel les extrémités des tubes, situées d'un côté du faisceau, sont reliées à un collecteur d'un boîte à eau, tandis que leurs extrémités opposées sont, soit reliées au collecteur d'une autre boîte à eau, soit encore reliées entre elles, deux à deux, par des coudes.The invention thus makes it possible to produce a heat exchanger in which the ends of the tubes, situated on one side of the bundle, are connected to a manifold of a water box, while their opposite ends are either connected to the manifold of 'another water box, still connected to each other, two by two, by elbows.
Dans la description qui suit, donnée seulement à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une vue partielle de dessus du collecteur d'un échangeur de chaleur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle en coupe suivant la ligne II II de la figure 1 - la figure 3 est une vue partielle en coupe suivant la ligne
III-III de la figure 2 ; et - la figure 4 est une vue partielle en perspective de l'échangeur de chaleur des figures 1 et 3, montrant un tube dont l'extrémité est déformée conformément à l'invention.In the description which follows, given only by way of example, reference is made to the appended drawing, in which - FIG. 1 is a partial top view of the collector of a heat exchanger according to the invention; - Figure 2 is a partial sectional view along the line II II of Figure 1 - Figure 3 is a partial sectional view along the line
III-III of Figure 2; and - Figure 4 is a partial perspective view of the heat exchanger of Figures 1 and 3, showing a tube whose end is deformed according to the invention.
L'échangeur de chaleur comprend (figure 2) un faisceau 10 formé d'une multiplicité de tubes 12 dont les axes longitudinaux respectifs XX sont parallèles. Les tubes 12 ont des corps respectifs 14 qui traversent une multiplicité d'ailettes parallèles 16 (figures 2 à 4) ainsi que des extrémités respectives 18 reçues dans des trous de passage 20 correspondants ménagés au travers d'un collecteur 22 (figures 1 et 2). The heat exchanger comprises (FIG. 2) a bundle 10 formed of a multiplicity of tubes 12 whose respective longitudinal axes XX are parallel. The tubes 12 have respective bodies 14 which pass through a multiplicity of parallel fins 16 (FIGS. 2 to 4) as well as respective ends 18 received in corresponding passage holes 20 formed through a manifold 22 (FIGS. 1 and 2 ).
Dans l'exemple représenté (figure 3), les corps 14 des tubes sont disposés suivant deux rangées parallèles R1 qui sont séparées entre elles par un entraxe El, les corps des tubes au sein d'une même rangée étant séparés par un second entraxe E2 qui est généralement différent de l'entraxe El.In the example shown (FIG. 3), the bodies 14 of the tubes are arranged in two parallel rows R1 which are separated from one another by a center distance El, the bodies of the tubes within the same row being separated by a second center distance E2 which is generally different from the distance El.
De même, les extrémités 18 des tubes 12 (figure 1) sont disposées suivant deux rangées parallèles R2 qui ménagent entre elles le même entraxe El que précédemment, les extrémités des tubes d'une même rangée étant séparées deux à deux du même entraxe E2 que précédemment. Il en est bien sûr de même pour les trous 20 du collecteur 22.Likewise, the ends 18 of the tubes 12 (FIG. 1) are arranged in two parallel rows R2 which provide the same distance between them El as before, the ends of the tubes of the same row being separated in pairs from the same distance E2 as previously. It is of course the same for the holes 20 of the manifold 22.
Celui-ci est constitué d'une plaque métallique de forme générale rectangulaire comportant une âme 24 au travers de laquelle sont ménagés les trous 20, chacun des trous étant bordé par un collet 26 s'étendant dans la direction des ailettes 16 du faisceau.This consists of a metal plate of generally rectangular shape comprising a core 24 through which the holes 20 are formed, each of the holes being bordered by a collar 26 extending in the direction of the fins 16 of the bundle.
L'âme 24 comporte, sur tout son pourtour rectangulaire, un bord replié 28 ménageant une gorge périphérique 30 et terminé par des pattes rabattables 32.The core 24 comprises, over its entire rectangular periphery, a folded edge 28 providing a peripheral groove 30 and terminated by folding legs 32.
Le collecteur 22 reçoit un joint d'étanchéité 34 susceptible de s'appliquer à plat contre l'âme 24 du collecteur. Le joint 34 comprend une âme 36, de forme générale rectangulaire, dont dépendent une multiplicité de collets annulaires 38 dont chacun est susceptible d'être comprimé entre un collet 26 du collecteur et l'extrémité 18 du tube correspondant. Le joint d'étanchéité 34 est muni, sur tout son pourtour, d'un bourrelet 40 susceptible de reposer dans la gorge 30 du collecteur pour assurer l'étanchéité entre le collecteur et une paroi de boîte à eau (non représentée) lorsque les pattes 32 sont rabattues contre cette paroi de boîte à eau.The collector 22 receives a seal 34 capable of being applied flat against the core 24 of the collector. The seal 34 comprises a core 36, of generally rectangular shape, on which depend a multiplicity of annular collars 38 each of which is capable of being compressed between a collar 26 of the collector and the end 18 of the corresponding tube. The seal 34 is provided, over its entire periphery, with a bead 40 capable of resting in the groove 30 of the collector to ensure sealing between the collector and a wall of a water box (not shown) when the tabs 32 are folded against this wall of the water box.
La structure générale de l'échangeur de chaleur1 telle qu'elle vient d'être décrite, est connue en soi.The general structure of the heat exchanger1 as just described, is known per se.
Conformément à l'invention, le corps 14 de chaque tube 12 présente une section ovale S1, dans l'exemple elliptique, ayant un grand axe Al orienté dans une première direction D1 qui, dans l'exemple de la figure 3, est perpendiculaire à la direction des rangées Ri des tubes du faisceau. Il en résulte qu'un flux d'un fluide, par exemple de l'air, peut traverser le faisceau 10 dans la direction des flèches F (figure 3) qui est perpendiculaire aux rangées R1 et perpendiculaire au grand côté du collecteur et du faisceau. Il en résulte que la perte de charge subie par le flux du fluide est beaucoup plus faible que si les corps des tubes présentaient des sections circulaires.According to the invention, the body 14 of each tube 12 has an oval section S1, in the elliptical example, having a major axis Al oriented in a first direction D1 which, in the example of FIG. 3, is perpendicular to the direction of the rows Ri of the bundle tubes. As a result, a flow of a fluid, for example air, can cross the beam 10 in the direction of the arrows F (FIG. 3) which is perpendicular to the rows R1 and perpendicular to the long side of the collector and of the beam . As a result, the pressure drop undergone by the flow of the fluid is much lower than if the bodies of the tubes had circular sections.
Conformément à l'invention, et comme on le voit en particulier sur les figures 1 et 4, l'extrémité 18 de chaque tube est déformée par rapport au corps du tube pour présenter une section ovale S2 ayant un grand axe A2 orienté dans une seconde direction
D2 qui présente un décalage angulaire a par rapport à la première direction D1. Il en résulte que les trous 20 du collecteur 22 ont une section ovale dont le grand axe présente le même décalage angulaire a par rapport à une perpendiculaire aux rangées R2 des extrémités des tubes, c'est-à-dire aussi aux rangées des trous du collecteur.According to the invention, and as seen in particular in Figures 1 and 4, the end 18 of each tube is deformed relative to the body of the tube to present an oval section S2 having a major axis A2 oriented in a second direction
D2 which has an angular offset a with respect to the first direction D1. It follows that the holes 20 of the manifold 22 have an oval section whose major axis has the same angular offset a relative to a perpendicular to the rows R2 of the ends of the tubes, that is to say also to the rows of the holes of the collector.
Comme les trous du collecteur sont décalés angulairement (figure 1), il est possible de les réaliser suivant une disposition compacte dans laquelle l'entraxe El entre deux rangées est pratiquement égal au grand axe A2 de la section ovale du trou.As the manifold holes are angularly offset (Figure 1), it is possible to make them in a compact arrangement in which the distance E1 between two rows is practically equal to the major axis A2 of the oval section of the hole.
Ceci ne serait évidemment pas possible si le grand axe A2 de la section ovale était dans l'alignement de la direction D1 car le pont de matière existant entre deux trous adjacents appartenant à deux rangées différentes serait beaucoup trop faible pour assurer la faisabilité des collets 26 et la résistance mécanique nécessaire à l'ensemble. Par contre, lorsque les trous présentent un décalage angulaire par rapport aux rangées des trous, les ponts de matières présent entre les trous sont d'une dimension suffisante pour contribuer à une bonne résistance mécanique du collecteur et permettre la réalisation des collets.This would obviously not be possible if the major axis A2 of the oval section was in alignment with the direction D1 because the bridge of material existing between two adjacent holes belonging to two different rows would be far too weak to ensure the feasibility of the collars 26 and the mechanical resistance necessary for the assembly. On the other hand, when the holes have an angular offset with respect to the rows of holes, the bridges of material present between the holes are of sufficient size to contribute to good mechanical strength of the collector and allow the collars to be produced.
Le décalage angulaire a entre les deux directions D1 et D2 est choisie en fonction des valeurs des entraxes El et E2 et du grand axe A2, ainsi que du petit axe de la section ovale S2.The angular offset a between the two directions D1 and D2 is chosen as a function of the values of the centers E1 and E2 and of the major axis A2, as well as the minor axis of the oval section S2.
Généralement, la valeur de l'angle a est inférieure à 45". Generally, the value of the angle a is less than 45 ".
Bien que les sections S1 et 52 puissent être identiques, on préfère en pratique utiliser des sections différentes.Although sections S1 and 52 may be identical, it is preferred in practice to use different sections.
Ainsi, dans la forme de réalisation représentée au dessin, le grand axe Al de la section ovale S1 est plus long que le grand axe A2 de la section ovale S2. Il en résulte que la section ovale S1 du corps du tube est plus allongée et donc plus aplatie que la section ovale S2 de son extrémité.Thus, in the embodiment shown in the drawing, the major axis A1 of the oval section S1 is longer than the major axis A2 of the oval section S2. It follows that the oval section S1 of the body of the tube is more elongated and therefore more flattened than the oval section S2 of its end.
Pour déformer l'extrémité du tube et lui donner une section ovale décalée angulairement par rapport à la section du corps du tube, on peut faire appel à tout type de poinçon approprié. Lorsqu'on utilise un tel poinçon, il en résulte généralement une augmentation du périmètre de la section d'extrémité par rapport à la section du corps du tube.To deform the end of the tube and give it an oval section angularly offset from the section of the body of the tube, any suitable type of punch can be used. When using such a punch, this generally results in an increase in the perimeter of the end section relative to the section of the body of the tube.
De façon avantageuse l'extrémité 18 de chaque tube 10 est déformée localement, après introduction au travers des trous correspondants du collecteur 22 et du joint 34, pour former un évasement de retenue 42 (figures 1 et 2). Ce dernier est de préférence limité aux grands rayons de la section ovale pour ne pas trop solliciter le tube.Advantageously, the end 18 of each tube 10 is locally deformed, after introduction through the corresponding holes in the manifold 22 and the seal 34, to form a retaining flare 42 (Figures 1 and 2). The latter is preferably limited to the large radii of the oval section so as not to stress the tube too much.
Dans l'exemple représenté, les sections ovales respectives S1 et S2 du corps et de l'extrémité du tube possèdent des centres respectifs Ol et 02 qui sont alignés suivant l'axe longitudinal
XX du tube.In the example shown, the respective oval sections S1 and S2 of the body and of the end of the tube have respective centers Ol and 02 which are aligned along the longitudinal axis
XX of the tube.
Les extrémités des tubes 12, situées du côté opposé aux extrémités 12, peuvent être réunies entre elles, deux à deux, par des coudes ou bien être reliées à un autre collecteur de boîte à eau de la même façon que pour les extrémités 18.The ends of the tubes 12, situated on the side opposite the ends 12, can be joined together, two by two, by elbows or else be connected to another water box collector in the same way as for the ends 18.
L'invention trouve une application toute particulière pour la réalisation d'échangeurs de chaleur tels que des radiateurs de refroidissement ou des radiateurs de chauffage pour véhicules automobiles. The invention finds a very particular application for the production of heat exchangers such as cooling radiators or heating radiators for motor vehicles.
Claims (7)
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| FR9105825A FR2676533B1 (en) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | HEAT EXCHANGER WITH OVAL SECTION TUBES, PARTICULARLY FOR MOTOR VEHICLES. |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR9105825A FR2676533B1 (en) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | HEAT EXCHANGER WITH OVAL SECTION TUBES, PARTICULARLY FOR MOTOR VEHICLES. |
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| Publication Number | Publication Date |
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| FR2676533A1 true FR2676533A1 (en) | 1992-11-20 |
| FR2676533B1 FR2676533B1 (en) | 1999-01-29 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR9105825A Expired - Fee Related FR2676533B1 (en) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | HEAT EXCHANGER WITH OVAL SECTION TUBES, PARTICULARLY FOR MOTOR VEHICLES. |
Country Status (1)
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| FR (1) | FR2676533B1 (en) |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2676533B1 (en) | 1999-01-29 |
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